江 賢，彭思敏，楊婉茹，張 勇

基于AHP－物元評價模型的交通通行狀況評判

江 賢b，彭思敏b，楊婉茹c，張 勇a

(電子科技大學(xué) a.數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院；b.機械電子工程學(xué)院；c.光電信息學(xué)院，四川 成都 611731)

該文通過分析評價交通通行狀況的各個指標(biāo)的特點，建立了小區(qū)開放對其周邊交通通行影響的AHP-物元評價模型，分析了小區(qū)開放對周邊道路通行的影響；在利用評價模型做出合理預(yù)判后，依據(jù)對具體3個不同類型小區(qū)的研究結(jié)果，確定了預(yù)判的準確性。實踐表明，對于開放前周邊道路一天內(nèi)基本暢通的小區(qū)，大規(guī)模的小區(qū)不具有開放的必要性，小規(guī)模的小區(qū)不建議開放；對于開放前周邊道路在高峰時段擁堵的小區(qū)，大規(guī)模的小區(qū)具有開放的必要性，小規(guī)模的小區(qū)建議開放。

小區(qū)開放；AHP-物元評價模型；路段行程時間；預(yù)判

在2016年出臺的 《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中，明確指出 “新建住宅要推廣街區(qū)制，原則上不再建設(shè)封閉住宅小區(qū)，已建成的住宅小區(qū)和單位大院要逐步開放”。而在開放小區(qū)能否改善交通狀況及改善效果如何的問題上產(chǎn)生了分歧。

現(xiàn)在需要就小區(qū)開放對周邊道路通行的影響進行研究，并解決以下4個問題。

1)請選取合適的評價指標(biāo)體系，用以評價小區(qū)開放對周邊道路通行的影響。

2)請建立關(guān)于車輛通行的數(shù)學(xué)模型，用以研究小區(qū)開放對周邊道路通行的影響。

3)小區(qū)開放產(chǎn)生的效果，可能會與小區(qū)結(jié)構(gòu)及周邊道路結(jié)構(gòu)、車流量有關(guān)。請選取或構(gòu)建不同類型的小區(qū)，應(yīng)用建立的模型，定量比較各類型小區(qū)開放前后對道路通行的影響。

4)根據(jù)研究結(jié)果，從交通通行的角度，向城市規(guī)劃和交通管理部門提出關(guān)于小區(qū)開放的合理化建議。

1 問題分析

1.1 評價道路通行狀況的影響分析。

首先引入道路通行能力等級的概念，對小區(qū)開放前后周邊道路通行能力劃分等級，再選取多個指標(biāo) (高峰小時路段飽和度、高峰小時交叉口飽和度、出入口連接值和出入口渠化值)對其進行綜合評價；利用物元分析方法，建立通行能力影響程度多指標(biāo)性能參數(shù)的等級評定模型。最后，以成都市武侯區(qū)金城麗舍小區(qū)為例[1]，對模型進行檢驗。

1.2 探究道路通行狀況的影響分析。

首先考慮體現(xiàn)車輛通行狀況的因素，通過查找資料得出，主要是車流量、車的行駛速度、交通密度和道路通行能力[2]。為了統(tǒng)籌上述的幾個因素，我們找到了路段平均行程時間這個指標(biāo)，建立了一個以它為目標(biāo)函數(shù)的車輛通行模型，在此模型的基礎(chǔ)上，探究小區(qū)開放前后車輛通行影響因素的變化，從而反映出小區(qū)開放對周邊道路通行的影響[3]。這里仍以成都市武侯區(qū)金城麗舍小區(qū)為例，對模型進行檢驗，并基于車輛通行的模型，分析出該小區(qū)開放后對周邊道路的影響。

1.3 不同類型小區(qū)對道路通行狀況影響的預(yù)判與驗證。

根據(jù)小區(qū)的位置、規(guī)模 (取占地面積)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周邊道路結(jié)構(gòu)，將小區(qū)分為以下4類:規(guī)模較大開放前周邊道路基本通暢、規(guī)模較大開放前周邊道路較為擁堵、規(guī)模較小開放前周邊道路基本通暢、規(guī)模較小開放前周邊道路較為擁堵。對這4類小區(qū)做出預(yù)判:第一類不具有小區(qū)開放的必要性，第二類具有開放的必要性，第三類不建議開放小區(qū)，第四類建議開放小區(qū)。為了驗證對評價模型的預(yù)判，我們有針對性地選擇了兩個新的不同類型的小區(qū)，代入之前的評價模型進行求解與分析，再與之前選取的成都市武侯區(qū)金城麗舍小區(qū)進行綜合對比，從而定量比較各類型小區(qū)開放前后對道路通行的影響，驗證預(yù)判的準確性。

2 基本假設(shè)

1)假設(shè)小區(qū)開放后一段時間內(nèi)周邊道路通行的總車輛數(shù)不變[4]。

2)假設(shè)在道路最大車流量 (通行能力)計算中忽略隨機因素帶來的影響。

3)假設(shè)在計算的各時刻內(nèi)交通流是穩(wěn)定流[5]。

3 建模前準備

因為要求分析與評價小區(qū)開放后對周邊道路通行的影響，故在這一部分，主要分析、推導(dǎo)3個影響道路通行因素的公式。

3.1 道路通行能力C

道路上每小時的最大車輛數(shù)，即基本通行能力[6]為:

3.2 交通擁堵指數(shù)

交通擁堵指數(shù)是反映道路網(wǎng)暢通或擁堵的概念性指數(shù)值。在0～2之間令平均行駛速度為vmax，在2～4之間速度為0.8vmax， 4～6之間為0.4vmax， 6～8之間為0.2vmax，8～10之間平均行駛速度接近于0。

3.3 車流量的計算

通過參考文獻[1]可得以下公式:

式中，vmax為道路的最大行駛速度，qmax即為道路的通行能力C，ρmax為最大車流密度[7]。

通過某時刻道路上的交通擁堵指數(shù) (由地圖實況可得出)即可得出該時刻該道路上的車流量q，平均行駛速度v及交通流密度ρ[8]。

4 模型的建立與求解

4.1 道路通行評價體系的建立

4.1.1 周邊影響范圍的劃定

利用同類設(shè)施法通過在與相鄰已有的小區(qū)之間劃分邊界來確定影響范圍:

4.1.2 周邊道路通行影響的評價模型

1)評價指標(biāo)處理。

選取路段飽和度、交叉口飽和度、出入口連接值與出入口渠化4個指標(biāo)并對其進行定量化處理來刻畫小區(qū)出入口對周圍道路的影響[9]。

小區(qū)出入口連接P3:出入口與支路相連值為1、出入口與次干道相連值為2、出入口與主干道相連值為3、出入口與城市快速路相連值為4；小區(qū)出入口渠化P4:設(shè)置了行人過街且采取了機非分離時值為1，設(shè)置了行人過街且未采取機非分離時值為2，未設(shè)置行人過街但采取了機非分離時值為3，未設(shè)置行人過街和機非分離時值為4[10]。

其中i＝0表示小區(qū)開放前，i＝1表示小區(qū)開放后；當(dāng)p01/p11＞1，表示小區(qū)開放對周邊道路通行能力為正面影響。當(dāng)p02/p12＞1，表現(xiàn)為正面影響。若小區(qū)開放后P3、P4值減小，則認為小區(qū)周邊道路通行情況得到改善[11]。

2)評價模型的建立。

利用物元分析方法建立通行能力影響程度多指標(biāo)性能參數(shù)的評定模型。將小區(qū)開放后各指標(biāo)的計算值代入各等級的集合中進行多指標(biāo)評定。評定結(jié)果按它與某等級集合的關(guān)聯(lián)度大小進行比較，關(guān)聯(lián)度越大，它與某等級集合的符合程度就愈佳。從而得到小區(qū)周邊道路交通能力的評定等級[3]。

具體的建模思路如圖1所示。

圖1 AHP-物元評價模型

評價指標(biāo)權(quán)重由層次分析法 (AHP)來確定，可得:

通過計算得出w1＝0.40、w2＝0.40、w3＝0.10、w4＝0.10；一致性檢驗良好。

3)物元評價模型

指標(biāo)關(guān)聯(lián)度為:

待評事物關(guān)于等級j的關(guān)聯(lián)度

定義:Kj0( Q)＝max Kj( Q)， j∈ {1， 2， …， 5}，表明評價事物Q屬于等級j0。

分別評定出小區(qū)開放前后周邊道路交通情況等級，將兩者進行對比，即可得出小區(qū)開放對周邊道路通行的影響。

4.1.3 模型的檢驗

這里以成都市武侯區(qū)金城麗舍小區(qū)為例，對所建立的模型進行檢驗。

根據(jù)物元評價模型可求出小區(qū)開放前后的交通情況都與等級II的關(guān)聯(lián)度最大，即交通基本暢通。但在小區(qū)開放后，交通狀況與Ⅰ級的關(guān)聯(lián)度明顯上升，上升幅度為68.8，與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級的關(guān)聯(lián)度都有所下降，下降幅度分別為76.0、108.1和26.9；小區(qū)開放前后，Ⅰ級與Ⅱ級關(guān)聯(lián)度之差下降了72.7。綜上所述，可以得出小區(qū)開放后周邊道路的交通狀況得到了改善。

4.2 基于車輛通行的小區(qū)開放影響探究

4.2.1 路段行程時間τ的計算

根據(jù)BPR道路阻抗函數(shù)改進后的模型[12]，在某一道路上的路段行程時間為:

式中，τ0為道路自由行使時間，h，α、β為模型參數(shù)，

本文推薦模型參數(shù)α＝0.15，β＝4.0，則有:

式中，q為車流量，C為最大可承載車流量。

4.2.2 小區(qū)周邊道路平均行程時間

若小區(qū)開放后，τ′減小 (h/km)，則說明小區(qū)開放改善了周邊道路通行情況。

4.2.3 模型檢驗

仍以成都市武侯區(qū)金城麗舍小區(qū)為例，對所建立的模型進行如下檢驗。小區(qū)周邊地圖如圖2所示。

圖2 小區(qū)周邊地圖

小區(qū)占地面積約為8 000 m2，所以將小區(qū)的影響范圍定義為小區(qū)周邊的金鳳街、雙楠路和草金路南段。

將該小區(qū)進行開放，增設(shè)支路通往金鳳街、金履路和草金路南段，令新增的支路與小區(qū)內(nèi)部道路同為雙向雙車道支路，增加兩個小區(qū)出入口，出入口設(shè)置人行渠道、地下通道等行人過街設(shè)施，且采取機動車和非機動車的分離措施。具體如圖3所示。

圖3 小區(qū)開放后周邊地圖

經(jīng)過模型計算后，小區(qū)開放前后道路與交叉口高峰時段飽和度對比如圖4所示。

圖4 開放前后高峰時段飽和度對比圖

由直方圖可以直觀得出，小區(qū)開放后，金鳳街與草金路南段高峰時段飽和度有大幅度降低，都下降了39.6，而金履路高峰時段飽和度同比增長了16.7，平均路段飽和度同比下降了20.0；而在兩個原交叉口，高峰時段的飽和度增長了43.3，平均交叉口飽和度增長了21.3。

可得，小區(qū)開放后，道路的通行更為暢通，而交叉口的通行更加擁堵。

小區(qū)開放前后交通狀況與各等級的關(guān)聯(lián)度如圖5所示。

圖5 開放前后等級關(guān)聯(lián)度對比圖

由圖5可以看出，雖然開放前后交通狀況都為Ⅱ級，但在小區(qū)開放后，交通狀況與Ⅰ級的關(guān)聯(lián)度明顯上升，上升幅度為68.8，與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級的關(guān)聯(lián)度都有所下降，下降幅度分別為76.0、108.1和26.9；小區(qū)開放前后，Ⅰ級與Ⅱ級關(guān)聯(lián)度之差下降了72.7。

可得小區(qū)開放前τ′＝0.026 0 h/km，小區(qū)開放后τ′＝0.023 7 h/km，同比下降了2.4，即總體改善了周邊道路的通行狀況，驗證了模型的正確性。

4.3 不同類型小區(qū)開放的評價與分析

首先選取了規(guī)模較大開放前周邊道路較為擁堵的成都市武侯區(qū)富臨·美麗天城及其周邊區(qū)域，得出開放前交通狀況為Ⅲ級，但在小區(qū)開放后，交通狀況為Ⅱ級，得到了明顯的改善，且與Ⅰ級關(guān)聯(lián)度上升，幅度為50.6；與Ⅳ、Ⅴ級的關(guān)聯(lián)度有所下降，下降幅度分別為60.5和56.4，可以得出該小區(qū)開放后周邊道路的交通狀況得到了明顯的改善，即此小區(qū)具有開放的必要性，與預(yù)判相符。

再選取規(guī)模較小開放前周邊道路基本通暢的成都市青羊區(qū)牧電路22號院及其周邊區(qū)域，得出開放前后交通狀況都為Ⅱ級，但在小區(qū)開放后，交通狀況與Ⅰ、Ⅲ級的關(guān)聯(lián)度下降，與Ⅱ級的關(guān)聯(lián)度大幅度上升，上升幅度為281.2ffffe8；小區(qū)開放前后，Ⅰ級與Ⅱ級關(guān)聯(lián)度之差增加了4.48倍，Ⅲ級與Ⅱ級關(guān)聯(lián)度之差增加3.69倍。即小區(qū)開放后周邊道路的交通狀況并沒有得到明顯改善，即該小區(qū)不具有開放的必要性，與預(yù)判相符。

4.4 對小區(qū)開放的建議

根據(jù)小區(qū)開放后的交通通行狀況預(yù)判，以最大程度改善道路通行狀況為目的，提出以下2點意見。

1)建議優(yōu)先開放占地面積較大，內(nèi)部網(wǎng)路較為簡單的小區(qū)。

2)建議優(yōu)先開放周邊道路較為擁堵，靠近城市等級較高道路的小區(qū)。

再進一步從安全、效率等方面對小區(qū)開放的措施提出以下2點建議。

1)建議在小區(qū)出入口設(shè)立人機分離和機動分離。

2)建議在小區(qū)開放過程中新增支路較多的連接在周邊道路等級較低的道路中，以保證外圍主干道交通順暢。

5 結(jié)束語

在對小區(qū)開放前后對周邊道路帶來的影響進行評價時，本文充分考慮了正面影響和負面影響，使模型更具說服力。同時在研究不同類型的小區(qū)開放給周邊道路通行能力帶來的影響區(qū)別時，將3個不同類型且具有代表性的小區(qū)開放后對周邊道路通行能力的影響計算出來，進行了定量的分析對比，使結(jié)果更為直觀可信。

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The Judgment of Traffic Quality Based on AHP-Matter Element Evaluation Model

JIANG Xianb， PENG Siminb， YANG Wanruc， ZHANG Yonga
(a.School of Mathematical Science； b.School of Mechatronics Engineering；c.School of Optoelectronic Information， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China)

This paper analyzes the characteristics of several indicators to evaluate the traffic conditions.On this basis，the AHP-matter-element evaluation model of the influence of the open area on its surrounding traffic is established，and the influence of the open area on the surrounding road traffic is analyzed.After making reasonable judgment by using the evaluation model，the accuracy of the pre-judgment is determined according to the research results of three different types of cells.For large-scale residential areas that are basically open during the day before the opening of the surrounding roads，large-scale communities do not open.The need for smallscale community does not recommended open； for the open of the surrounding roads in the peak hours of the district， large-scale community has the necessity to open，small-scale community recommended open.

community opening； AHP-matter element evaluation model； section travel time； prognosis

O29，U116.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.002

2017-04-27；修改日期:2017-06-23

國家自然科學(xué)基金(11271001)；電子科技大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)項目(ZYGX2014Z012)；電子科技大學(xué)中央高校基本科研項目(A03012099901013)。

江賢(1996-)，男，本科，電氣工程及其自動化。

張勇(1974-)，男，博士，副教授，主要從事機器學(xué)習(xí)、模擬識別及固相處理方面的研究，mathzy＠163.com