小区开放对道路通行的影响分析

魏世恩 薄禹璇 赵嘉雷

摘要：2016年2月21日，国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，其中第十六条关于推广街区制，原则上不再建设封闭住宅小区，已建成的住宅小区和单位大院要逐步开放等意见，引起了广泛的关注和讨论。封闭式小区破坏了城市路网结构，堵塞了城市“毛细血管”，容易造成交通阻塞。然而开放型小区的提出，实现了封闭型住宅小区到街区型的转变，使小区内部的道路资源得到合理利用。同时，其带来的影响有利有弊。

关键词：小区开放;道路通行;交通堵塞;道路资源

问题一：为了更好的评价小区开放对周边道路通行的影响，综合选取了道路饱和度、节点度方差、交叉口平均延误时间、路网密度和路段车流量五大指标来作为评价指标体系，通过分析小区开放前后各指标的变化，得到综合合理的评价。

问题二：小区开放产生的效果，可能会与小区结构及周边道路结构、车流量有关。本文选取了三种不同类型的小区：环形结构小区、方型网状结构小区和十字型路口结构小区，应用主成分分析模型，得到了各因素的综合得分。再根据元胞自动机模型模拟出的交通流量结果，定量比较这三种类型小区开放前后对道路通行的影响。

一、模型的建立与求解

（一）问题一的模型建立与求解

道路交通主要受到交通路网、道路规划和道路通行秩序等影响，为了尽可能全面的分析评价小区开放对周边道路通行的影响，综合选取了道路饱和度、节点度方差、交叉口平均延误时间、路网密度和路段车流量五项指标作为评价指标体系。

道路饱和度：道路的服务水平能借助道路饱和度来反映，可以通过最大交通量比最大通行能力的比值来表示。本文选择城市道路进行分析，道路饱和度的计算式为日高峰小时交通量比每小时最大通行能力的比值。第一、理论通行能力：在理道路交通的情况下，最大限度的在单位时间内每条车道能够通过的交通量;第二、实际通行能力：在实际道路交通的情况下，最大限度内在单位时间内每条车道能够通过的交通量。

道路节点度：是和该节点区域相关联的道路条数，也叫做关联度。节点度方差可以作为城市道路网络脆弱性评价指标，能合理的反映道路网络的均匀性。其中，节点重要度表示各个节点在道路中能力的大小程度;

节点度方差：方差是反映数据偏离平均水平的程度;

交叉路口延误时间：信号灯控制的交叉路口延误计算采用Webster延误模型;

路网密度：对交通而言，路网密度越高，城市道路长度越长，也就能能提供更多的道路接入空间，能提供更密的可供人行、非机动车网络和公交线路服务区域;同时道路网络的联通度更好，循环能力更强。

而对于非工业仓储等城市用地而言，道路网络越密集，地区划分度越小，就能够供给出更多的开放空间，提升邻里街坊的交往空间，提升城市空间温度，从而提高地区的活力、多元化价值以及土地的利用率。

路段车流量：以单位时间内通过某路段的车辆数量为标准，在一定的时间内，某条公路点上通过的车辆数。

（二）问题二的模型建立与求解

选取了三种不同类型的小区：环形结构小区、方型网状结构小区和十字型路口结构小区。

运用spss软件，对五个元素进行数据研究：

对原始数据应用主成分分析法确定权重及综合得分如表1所示。

将原始数据导入SPSS软件中，并利用SPSS进行降维因子分析，可得到结果如表2所示。

Bartlett球形检验的显著性为0.000，小于标准0.05，表示数据可以做因子分析研究。

表5展示了变量的共同度，Extraction的各个共同度的值都大于0.5，这说明提取的主成分对原始变量的解释程度较高。

由表4可以看出，提取了特征值大于1的一个主成分，它的方差贡献率是88.982%，特征值为4.449。

主成分分析的主成分载荷矩阵U与因子载荷矩阵A以及特征值λ的关系如下：

基于元胞自动机模型的求解：代入数据，得出开放后的环形结构小区的综合得分最高，交通状况最好。

利用MATLAB软件对建立的车辆通行模型进行模拟与计算，改变参数，得到小区开放前后的车辆通行的时空图和流量密度图。

在时空图中，黑点表示元胞被车辆占据，空白表示未有车辆占据元胞，这反映了一段时间里车辆在空间的分布情况。流量密度图可以反映车流量随车流密度的变化。由图1、图2看出，小区开放后，小区周边道路的流量密度明显下降，说明小区开放后小区的内部道路与周边道路相连，分担了一部分周边道路的交通流，所以，小区开放降低了周邊道路的通行压力，较为有效地提升了周边道路的通行能力。

二、模型评价与推广

（一）模型的优点

主成分分析法可以忽视影响因素之间的相关干扰，降低分析影响因素的麻烦，简便快捷，也可以用相关软件进行计算。元胞自动机模型，严谨性较高，具有普遍适用性和很强的实用性，能直观反应表达的事物。

（二）模型的缺点

主成分分析法中，选择的因素具有模糊性，不够清楚、确切。元胞自动机模型在仿真过程中，可能忽略微小因素的影响。

参考文献：

[1]李向明.城市交通拥堵对策——封闭型小区交通开放研究[D].长沙理工大学，2014.

[2]李家杰，郑杰.影响城市道路通行能力因素分析[J].城市道路与防洪，2006（03）.

[3]孔宪娟.基于元胞自动机的交通流建模及其特性分析[D].北京交通大学，2007.

（作者单位：华北理工大学数学建模创新实验室）