基于AHP與圖論的小區開放對交通影響研究

梁瑞成

(安徽財經大學管理科學與工程學院 安徽 蚌埠 233030)

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基于AHP與圖論的小區開放對交通影響研究

梁瑞成

(安徽財經大學管理科學與工程學院 安徽 蚌埠 233030)

針對國內小區封閉式設計存在公共資源浪費、交通效率較低等問題，選取路網結構、交叉口、道路設施三類指標，利用AHP分析影響小區周圍道路交通的影響因素，結合不同小區地理位置、結構特征選取大連市“蘭花小區”與“湖畔小區”作為研究對象，運用圖論的思想結合道路阻抗函數量化分析不同小區開放前后的道路通行情況，利用MATLAB進行求解，得出不同小區開放適宜度，因地制宜地提出城市規劃中推行街區制的合理建議。

街區制；AHP；圖論；道路阻抗；MATLAB

引言

封閉式住區由來已久，存在公共資源浪費、城市公共交通效率低下等問題，中共中央《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》表示新建住宅要推廣街區制，原則上不再建設封閉住宅小區，已建成的住宅小區和單位大院要逐步打開，實現內部道路公共化，解決交通路網布局問題，促進土地節約利用。街區制的推廣必然使得路網密度提高，道路面積增加。[1]不同小區的面積、位置、外部及內部道路狀況等諸多因素不盡相同，隨著小區周邊主路上進出小區的交叉路口的車輛也會增多，主路的通行速度也會受到影響。因此對于街區制的推廣不能一概而論，對于小區道路周邊道路通行影響因素以及具體小區開放前后道路的通行水平的研究尤為重要。

一、數據的獲取與假設

本文以大連市蘭花小區與湖畔小區作為研究對象，所獲取的數據來源于統計年鑒以及當地交通部門統計資料。為便于研究做出以下假設：(1)數據真實可靠；(2)司機對小區周圍路況十分熟悉，能夠選擇最短時間到達目的地的路徑；(3)不考慮小區開放前后行人、路側停車等對交通延誤時間的影響；(4)不考慮極端天氣、交通事故等對道路的影響；(5)小區開放后的道路都屬于道路支路，且每一個交叉口路口都設置了無控制信號燈。

二、基于AHP的小區周邊道路通行影響因素分析

為分析小區周邊道路通行影響因素，結合實際情況與相關研究建立指標體系，如圖1所示。

圖1 小區周邊道路通行評價指標體系

(一)指標的篩選

對于小區開放對道路通行的影響的三個層次：目標層(A)、準則層(B)和方案層(C)，分別對應圖2中體系的三個層次準則層從左至右分別表示為B1、B2、B3,方案層分別為C1、C2、…、C8。根據專家判斷各指標間相對總要性，構造判別矩陣，得到判別矩陣。

表1 層次單排序權重及一致性指標相關數據

四個層次單排序的CR值均小于0.1，均符合一致性要求，對其進行層次總排序的一致性檢驗，得出CR=00.0527<0.1，故層次總排序也通過一致性檢驗。計算結果表明，C4、C7、C8為弱權重指標，將其篩除，所剩余的影響因素為路網密度、道路等網等級結構、交叉口車流量、交叉口密度、路段飽和度。

(二)指標結果分析

根據AHP結果，對于小區開放前后的周邊道路通行影響因素中，路網結構與交叉口占據較大比重，道路服務水平與交通設施影響相對較小。因此，街區制下，小區開放前后增加了城市道路路網結構，形成了新的路網結構同時增加了道路交叉口的數量對道路通行的影響最大。考慮到不同小區的面積、位置、外部及內部道路狀況等諸多因素不盡相同，為達到因地制宜的推廣街區制，本文將大連市本文以大連市蘭花小區與湖畔小區進行對比，需要進行進一步的研究。

三、基于圖論的小區開放適宜度研究

(一)研究思路

大連市蘭花小區與湖畔小區在面積與道路結構等方面存在著明顯的差異，根據實際數據，蘭花小區的面積約為120000m2，湖畔小區的面積約為20800m2。

圖2 小區平面圖

小區開放前后周邊道路通行受到影響的直觀表現是在道路上從起始地到目的地所需要的通行時間改變。根據相關研究，結合道路阻抗BRP函數可以直接計算車輛在某段道路行駛的時間。根據我國道路具體通行的情況，可以通過調查得到城市道路的影響的指標數據以及道路的通行時間，建立如下的道路阻抗BRP函數模型[8]：

鑒于小區開放還未在全國實行，道路阻抗BRP模型更多的適用于小區開放前道路通行時間的計算。小區開放以后會導致小區道路與主干道、次干道等形成的交叉路口，交叉路口所延誤的時間計算直接影響著城市道路交通的規劃。因此需要考慮交叉口延誤，對BRP函數進行修正。在假定條件下，小區開放后小區道路與其他路的交叉口以及小區內部道路只建立無控制信號指示燈，只考慮在無控制信號燈條件下的交叉口延誤。綜合考慮修正后BRP模型和新增交叉口后，進一步修正得到車流量在小區周圍的道路上行駛所需的時間為：t=t(0)+nd=t0[1+α(Z)β]+nd(n為車流量通過的道路中新增的路口數，d為每一個交叉口所延誤的時間)。為方便研究，結合大連市當地具體情況，我們d=6.5s。在此基礎上，根據蘭花小區與湖畔小區具體路網結構數據，繪制小區開放前后的路網圖。

圖3 小區開放前后示意圖

結合圖論，將每個道路交叉口用Vi(i=1,2,3,…,n)表示，可以根據相鄰點Vi,j之間的距離，通過修正后的道路阻抗函數得到任意兩點之間的通行時間ti,j。根據相鄰兩點之間的時間ti,j建立道路通行時間方陣：

A=(ti,j)n×n(i=1,2,…,n；j=1,2,…,n)，其中ti,j表示從Vi不經過其他點直接到Vi的通行時間。當無法直接到達時，或者道路不通時，令ti,j為無窮大。利用Dijkstra算法可以計算從Vi到Vi的最短通行時間Ti,j。從而計算小區開放前后從Vi到Vj的最短時間Ti,j。T1,n則為車輛從小區一角到另一角的最短時間，當T1,n越小的時候，車輛通過小區的時間越短，小區周邊道路通行情況越好。通過改變道路飽和度Z，計算小區開放前后以及兩個小區之間的T1,n的大小，定量分析不同狀況下的小區開放前后道路通行是改變情況。

(二)結果與分析

根據相關模型結合大連市的交通數據，得到修正后的阻抗BRP函數如下：

將飽和度z值從0至2每隔0.1依次取值，通過飽和度可以反映車流量的大小，可得車輛在任意相鄰兩點之間通行時間。利用MATLAB編程計算得到結果，繪制兩個小區的開放適宜度折線圖：

圖6 兩小區開放適宜度對圖

綜合表中的數據和繪制的折線圖，可以發現，隨著交通飽和度z的增加，開放適宜度ε處于上升的狀態。即在交通飽和度較低的情況下，即小區周圍車流量較低時，ε<1，小區開放并不能改善交通狀況，反而因為開放后增加的交叉路口使得道路通行時間增加；在交通飽和度較高的情況下，小區周圍車流量較大，ε>1，此時開放小區可以使得道路通行時間縮短，有利于道路交通。

對比兩小區的開放適宜度ε，可以發現蘭花小區的開放適宜度始終高于湖畔小區，兩小區的道路網絡類似，但蘭花小區的規模面積將近是湖畔小區的6倍。分析可知，面積大的小區相對于面積小的小區開放后，在道路交通的影響方面更有利一些。同時也可以反映隨著小區內開放的道路的增加，新增道路所能帶來的交通有利程度在減少。

四、總結與建議

根據小區開放對道路通行的影響的研究結果，可我們向城市規劃部門提出以下建議：

1.街區制的推廣會對小區周邊道路的路網密度、交叉口密度等產生影響，在進行小區開放的規劃或管理時要注重提升路網密度，盡量減少交叉口數目，以避免原道路通行能力受到較大影響。在新增的交叉路口要注重管理，設置紅綠燈或交警以保證交通。

2.小區開放后能否有利于交通通行與小區所處位置周邊車流量有關，街區制推行與否需要對周邊道路車流量大小進行實地觀測，對于周邊道路車流量較大的小區，可以進行開放，利用形成的支路對主干道路進行分流，以緩解之前的交通壓力；對于周邊道路車流量較小的小區，開放后對交通通行壓力的緩解并不大，反而可能因為新增道路使得交叉口增加，從而降低了原有道路的通行能力。

3.小區本身規模大小，是小區開放影響交通的重要因素。規模較大的小區相比規模較小的小區開放后對周邊道路交通通行的有利影響更大，根據小區周邊道路情況對較大規模的小區進行開放，對于規模較小的區，可以考慮不進行開放。

4.小區開放產生的效果，有關部門要考慮其周邊道路結構，如果小區開放后能夠與周圍道路較好的連接成道路網，則會更大程度的有利于交通通行。此外，小區開放后，交通通行進入小區內部，可能會增加安全隱患，城市規劃和交通管理部門需要著重考慮，對于新增道路，要盡量降低發生事故的風險。

[1]聚焦《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》[J].中國勘察設計，2016，04:18 -19．

[2]劉寧.城市道路阻抗模型的研究與應用[D].大連：大連理工大學，2012

[3]吳海燕，張蕊.交叉口綜合評價指標體系[J].中國市政工程，2001(3)：17-20

[4]鄭伶俐.交通影響程度評價指標及方法研究[D].上海：同濟大學,2008

[5]陳仲常，楊琳.熵權模糊綜合評判法在人口綜合發展評價模型中的應用[J].統計與信息論壇，2008,23(12):26-30

[6]高晗.城市道路無信號控制交叉口行車延誤的分析[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2003,5(4)：1-2

[7]何南,趙勝川.城市道路阻抗函數模型研究——以大連市為例[J].公路交通科技，2014,31(2):104-108

梁瑞成(1996-)，男，漢族，安徽合肥人，安徽財經大學管理科學與工程學院本科在讀，研究方向：工程管理。