小区开放后对周围道路通行能力的影响<br/>——基于主成分综合评价模型的探究分析

小区开放后对周围道路通行能力的影响
——基于主成分综合评价模型的探究分析

2017-08-30梁浩中南民族大学

科学中国人 2017年17期

梁浩中南民族大学

小区开放后对周围道路通行能力的影响
——基于主成分综合评价模型的探究分析

梁浩
中南民族大学

首先选取影响道路通行能力的六个相关因素：道路通行面积、路网密度、车流量等，作为综合评价体系的评价指标。基于主成分分析的方法，建立主成分综合评价模型，用以定性和定量探究小区开放后对周边道路通行的能力的影响。通过运用SPSS软件和对比小区开放前后的综合评价值，定量分析出小区开放的效果。根据小区的功能特征及道路结构特征，将小区划分为三类：商业型小区、办公型小区、居住型小区，通过应用所建模型，得出不同类型小区开放后所产生的效果。

道路通行能力；主成分综合评价模型；SPSS

目前我国多数小区呈封闭式，相互之间的联系较少，造成城市路网密度降低和破坏路网结构，增加了周围道路交通压力。通过查阅相关资料和收集相关数据，本文选取合适的指标用以评价小区开放对周边道路通行能力的影响，进而建立主成分综合评价模型，定性和定量分析各类型小区开放后的效果。通过探究封闭式小区开放对周边道路通行能力的影响，为城市规划和交通管理部门提供建设性意见。

一、模型准备

封闭式小区开放后，会改变小区内部及外部的道路结构，例如出入口的连接方式、道路路网密度等，进而会影响小区周边区域的交通情况。在评价小区开放后对周边道路通行能力的影响的过程中，会涉及到多个评价指标，通过主成分分析地方法进行综合评价，可以有效的定量分析小区开放后的效果。

二、模型建立

通过查阅相关资料发现，小区开放后路网密度会有相应的提高，道路面积会随着增加，为综合评价小区开放后的效果，我们选取六个影响道路通行能力的相关因素[1]：道路通行面积、路网密度、行车速度、车流量、出入口连接方式和路口饱和度作为综合评价体系的指标。道路通行面积：区域内道路的面积，单位：平方公里；路网密度：在一定区域内，建成区域内的道路长度和建成区域面积的比值，单位：公里/平方公里；行车速度：车辆在小区周边区域行驶的速度，单位：公里/小时；车流量：每小时内某条公路点上所通过的车辆数，单位：辆/小时；出入口连接方式：若出入口与支路相连则用数字1表示，若出入口直接与城市次干道相连则用数字2表示，若出入口直接与城市主干道相连则用数字3表示，若出入口直接与城市快速路相连则用数字4表示；路口饱和度：某一交通路口实际流量和该路口通行能力的比值。

在主成分分析的过程中，因为主成分值是将各个指标的差异程度和相互关系作为出发点而得到的结果，它不但考虑了各指标的变异程度,同时考虑了各指标业绩之间的关系,所以它归纳原始指标值的信息能力最强,最大水平地反映了客观实际[2]。

基于主成分分析的方法，构建主成分综合评价模型，用以评价封闭小区开放后对周边道路通行的影响。综合评价指标体系如下图所示：

1.对数据进行标准化处理

假设进行主成分分析[3]的指标变量共有m个∶；一共有n个评价对象，第i个评价对象的第j个指标的取值为。现在需要将各指标xij先转化成标准化指标ij。

其中，，即xˉj,sj为第j个指标的样本均值和样本标准差。对应地，称为标准化指标变量。

2.计算相关系数矩阵R

其中，rii=1,rij=rji，rij是第i个指标与第j个指标的相关系数。

3.计算特征值和特征向量

计算相关系数矩阵R的特征值λ1≥λ2≥...≥λm≥0，及对应的特征向量u1,u2,...,um，其中，uj=(u1j,u2j,...,unj)T,由特征向量组成m个新的指标变量。

在上式中，y1为第1主成分，y2为第2主成分，ym是第m主成分。

研发分为基础研究和应用软件开发，基础研究为应用软件开发提供技术支持。基础研究为BIM模型建立提供条件，为模型输入提供工具和手段，为可视化提供手段。应用研发利用基础研究的成果在软件中体现。

4.从所有主成分中选取p个主成分(p≤m)计算综合评价值

（1）计算特征值λj的信息贡献率和累积贡献率，称bj为主成分yj的信息贡献率。

αp为主成分y1,y2,...yp的累积贡献率，当αp接近于1时，则选择前p个指标变量y1,y2,...yp作为p个主成分，代替原来m个指标变量，从而可对p个主成分进行分析。

（2）计算综合得分。

其中bj为第j个主成分的信息贡献率，根据综合得分值就可进行评价。

三、模型求解

按照主成分综合评价模型的构建过程，并根据实地调研所获取的问题信息和数据，对模型进行求解：

1.通过实地调研，获得综合评价指标体系中道路通行面积率、路网密度、行车速度、车流量、出入口连接方式和路口饱和度的数据，相关数据如下表所示：

表1 评价体系中相关指标值

2.通过运用SPSS软件对以上数据进行主成分分析，可得以下结果：

表4 三种类型小区开放前周边道路通行能力综合评价表

表2 各成分的特征值、方差贡献率和累计贡献率

通过上表可以看出前两2个主成分的方差累积贡献率为91.668%，即基本上保留了原来指标的信息，故由原来的6个指标可转化为2个新的指标，这样起到降维的作用，因此主成分分析效果较好。因此，选取前面两个主成分进行综合评价。

（3）成分矩阵

表3 成分矩阵

由此成分矩阵可知两个主成分分别为：

因此通过合适指标得到评价小区开放对道路通行能力的两个主成分即为上述所求，最终分别以两个主成分的贡献率为权重，构建主成分综合评价模型：

Z=0.71123y1+0.20545y2

通过主成分综合评价模型，可以得出以道路通行面积、路网密度、行车速度、车流量、出入口连接方式和路口饱和度六个指标构成的综合指标评价体系来研究小区开放对周边道路通行能力的影响效果较好。与此同时，模型中的综合评价值可以体现道路通行能力，通过对比小区开放前后的综合评价值，可以定量分析出小区开放的效果。

四、模型的应用

小区开放以后的效果，在一定程度上会受到小区本身的一些特征的影响，例如周边道路结构、小区所处的地理位置和小区的面积大小等。封闭式小区开放后，虽然道路通行面积增大，但是与此同时小区周边道路交叉路口的增多可能会导致交通流的滞留，从而影响车辆的通行速度。

根据小区的功能特征及道路结构特征，我们将小区划分为三类：商业型小区、办公型小区、居住型小区：

图1 三种类型小区简化图

对于上述三种类型的小区，分别应用主成分综合评价模型探究小区开放后对周边道路通行能力的影响，最后得到三种类型小区开放后道路通行能力的综合评价值，如表4所示。

图2 三种类型小区开放前后周边道路能力比较图

从上述图2、表4中可以看出，商业型小区、办公型小区、居住型小区开放以后对道路交通流具有一定的促进作用。针对商业型小区，小区开放后由于车流量的增多，且考虑区域内流动人员的安全性，车速有所下降。对于办公型小区和居住型小区，路网密度和道路面积率明显增加，有效的促进了交通流的流动。综上所述，居住型小区和办公型小区开放后，效果会更好些。