基于最优赋权法封闭小区开放对周边道路通行影响研究

张鸿鹏 范嘉豪 王佳慧

摘要 分析封闭小区开放对周边道路通行能力影响，处理外部车辆与小区居民的平衡问题，通过AHP和熵权法科学建立小区周边道路通行评价模型，选取五个影响道路通行能力的主要指标，在获取指标值后进行无量纲化和一致化处理，之后用元胞自动机进一步分析小区开放后的通行能力，最后对小区开放提出建议。

关键词 最优赋权法;小区开放;道路通行能力

中图分类号 TU984.12 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0034-03

0 引言

近年来，随着我国基础设施建设力度不断增大，机动车数量越来越多，交通事故和交通拥堵成为城市中越来越需要重视的较严峻的交通问题。封闭住宅小区开放，可以对城市道路结构进行改善，有效缓解交通压力，与城市的可持续发展密切相关，对小区开放程度的研究成为重要课题。

1 研究基础

封闭式小区为大多数传统小区的设计理念，在规划设计时有着严格的边界比如围墙，在一般情况下只允许该小区的居民和车辆进出，一些封闭小区在市中心地段或者交通流比较大的位置，提供道路给外界车辆与行人，在一定程度上增加城市内部交通道路面积，提高该区域的交通能力。对于外部道路使用者来说，道路開放意味着更多的路径选择，可以选择最佳路径，减少出行时间，缓解交通拥堵，降低交通事故，但是对于小区区民来说，小区的开放会不可避免带来噪声和治安管理问题，给居民的安全感和私密性带来担忧，各小区在内部设施、绿地等具体方面的开放程度不同。

封闭小区内部道路交通系统的边界被打开[1]，由分隔作用转变为联系作用，使边界的分隔作用减弱，形成不同种类人群的需求之间的矛盾，主要为外来人群与居民之间以及机动车与行人之间。首先，由于道路的开放，对居民的居住安全带来隐患，并且来往车辆与行人产生的噪声对居民的生活也会造成影响，其次，人流车流混杂，也会对区内老人和儿童的安全造成威胁，最后，外来车辆可能会侵占小区内部的停车位，造成停车位紧张，同时小区内部的公共服务设施的全面开放，居民原有的活动空间被侵占，会造成维护难度增加，管理难以追责，使区民的整体生活水平下降。当开放小区的街道路网与周围地块贯通，外来行人车辆与小区内部住户利益与需求达到一个平衡时，则认为达到小区开放的最合适状态。恰当把握小区开放程度，既不会给居民带来很大不便，同时可以进一步缓解堵塞交通，从空间方面提出提升策略和改革措施，有利于促进城市的可持续性发展。

2 模型的建立

选择合适的指标并用指标建立适当的模型，从科学的角度定量分析则可以确定小区开放对周边道路通行的影响，最终对小区开放对周边道路通行的影响程度进行评价。

选择一典型小区进行分析[2]，将该小区周边道路分为一级主路和二级主路，调查该小区周边道路的相关数据，对调查数据进行一致化和无量纲化处理，运用AHP和熵权法建立小区周边道路通行评价模型，求解小区开放前后车道的通行能力评价得分，并进行开放前后道路通行能力比较。

道路服务水平由道路饱和度提供，机动车影响因素为日平均交通量与日平均交通流量，非机动影响因素由非机动车摩擦因数与行人受阻因数两个指标来判断，从而建立封闭小区开放对周边道路通行能力的效果评价模型，如表1。

2.1 评价指标的选择

封闭小区周边道路与小区门口距离分为两类：一类为小区出口直接相邻的道路，定义为一级主路，另一类为一级主路相交但未在小区附近的道路，称为二级主路，如图1。

对该封闭小区路况进行实际调查，得到开放前该小区周边道路的交通情况，通过交通仿真模拟软件VISSIM模拟交通系统获得小区开放后的相关交通数据，对评价指标数据进行汇总得到相关数据，如表2。

由于数据存在极大型、极小型指标，在评价得分前需要对评价指标进行一致化处理，规定综合分数越高越理想，统一化为极大型指标，之后由于各评价指标由于度量单位不同，再进行无量纲化处理，消除原始数据的单位误差，最后进行归一化处理，得到最终的评价指标数值，如表3。

2.2 指标权重确定

当指标体系建立之后，还需严谨客观的选择各指标的权重。在指标权重的确定方面，该文采用最优赋权法确定评价指标的权重。AHP主观性偏强，熵权法在指标变动很小时，存在局限性，利用最优赋权法求解权重更为科学，最优赋权法即将AHP方法算出来的权重乘以一定的比例加上熵值法算出来的权重乘以一定的比例，通常是把AHP算出来的权重乘以0.4加上熵值法算出来的权重乘以0.6，得到最优赋权法的权重，通过反映交通通行能力水平进行计算。

2.2.1 AHP的建立

在层次分析法中[3]，目标层为小区开放对周边道路通行能力的影响，准则层为服务水平，机动车影响因素和非机动车影响因素，方案层为一级主路与二级主路开放前后的得分。

对准则层和方案层进行评分，建立指标比较矩阵，求解各准则层权重N，并需进行一致性检验，通过一致性检验证明指标选择科学。

一致性指标：

（1）

计算一致性比例：

（2）

最终得到N=[0.1  0.4  0.2  0.2  0.1]。

CI表示一致性指标，λmax表示判断矩阵最大特征根，n表示矩阵阶数，RI表示随机一致性指标，CR表示一致性比例。

2.2.2 熵权法的建立

在熵权法中，设道路影响因素对应5个指标，且对应4种车道：

（3）

求各指标的信息熵：

（若pij=0，定义Eij=0）（4）

通过信息熵求各指标的权重：

（5）

Yij表示第i条车道的第j个指标值，pij表示第i条车道的第j个指标值的权重，Ej表示第j个指标的信息熵，wj表示第j个指标的权重。

利用熵权法所得各指标权重：

N^=[0.175 2  0.151 8  0.149 7  0.308 8  0.217 2]

在建立AHP與熵权法的基础上，利用最优赋权法确定权重：

N*=0.4N+0.6N^

=[0.145 12  0.251 08  0.169 82  0.265 28  0.170 32]

最终评价指标为最优赋权法所得权重与处理后的指标值的乘积：

（6）

其中，w*i表示第i个指标的权重，xi表示归一化后的第i个指标的量化分数，如表4。

通过数据发现，该封闭小区两个门口开放后，一级主路的周边通行能力水平提高了14.82%，二级主路的通行得分水平提高了8.14%。城市道路的通行能力在封闭小区开放后得到了显著提高，可以有效缓解交通拥堵的路况。

3 道路通行能力分析

3.1 基于元胞自动机的道路车辆通行模型的建立

动态分析车辆密度与通行速度，建立元胞自动机车辆模型进行分析，假设第n辆车的位置和速度分别用xn和vn。第n辆车和第n+1辆车之间的距离（l为车长）为dn=xn+1−xn−l，规定所有车辆的状态按以下演化规则并行计算。

（1）加速过程速度：

（7）

（2）安全刹车速度：

（8）

（3）位置更新：

（9）

依据元胞自动机模型基本理论以及交通信息指数，输入封闭小区的周边以及小区内部道路参数和行驶车辆状态（包括速度、位置相关信息），即可输出车辆通行情况，该模型很好地模拟小区开放后的路况，为道路设计规划提供方案。

3.2 基于Dijkstra的车辆通行距离模型的建立

封闭小区开放后会必然会缩短外部车辆通过的行驶距离，节省车辆行驶时间，缓解交通压力，在求开放小区门口最短距离的路径中，最短路径求解是从该封闭小区一端门口到达另一端门口的最短路径S1，再求出开放小区从小区一端到达小区另一端的支路之和S2，即可求出变化比值，由此分析小区开放对交通通行能力的影响。通过模拟发现，变化比值为1.75，说明开放封闭小区后通行效率提高了75%，距离的缩短有效降低了通行难度，提高交通服务指数。

4 模型评价

优点：

（1）科学合理地定义了评价指标，并且与指标有关的数据容易获取。在获得数据后，对其进行了一致化和无量纲化处理，克服了各类数据单位不统一的问题，使评价过程更为规范、客观、统一。

（2）利用AHP-熵权法全面地考虑到了各指标之间的相互影响关系，使得模型更为可靠。

（3）将受到小区开放影响的周边道路分为一级、二级，不仅通过模型得到了小区开放前后周边道路整体通行力的变化，而且也能探究距离小区远近不同的道路所受影响程度的差异，在横向和纵向比较了小区开放的效果，考虑问题全面。

缺点：

（1）在确定各指标之间的直接影响强度时存在一定的主观性。

（2）在分析道路时，将道路统一简化为双向车道，会在一定程度上影响评价模型的精度。

5 交通通行建议

5.1 重新划分道路等级

封闭小区开放后原道路需要承担更多的交通职能，接受更大的外来车流，交通强度的增加，需要对道路等级进行调整，硬件设施进行完善，以内部小区居民需求和周边道路车流状况来进行调整，对于处于交通流密集的居民小区，既不要完全封闭，也不能完全开放，选择适宜的道路进行开放，一定程度上限制外来车辆的进入。

5.2 设计内部慢行系统

对于进入小区内部的车辆严格约束车速和噪声的产生，声音不能高于影响居民生活的分贝，秉承以人为本的设计理念，构造慢行系统，根据不同街道类型设计不同宽度的人行道，将机动车与非机动车分离，避免机非混行，设计一定数量减速带，从道路设施上将车速降低，保证居民和行人的舒适性和安全感，小区慢行系统的设计是开放小区的最有效的设计，得到居民的广泛认同。

6 结论

通过最优赋权法—元胞自动机模型的封闭小区开放对周边道路通行能力影响研究发现，开放小区可以优化城市交通系统，激活街道空间，提高土地的利用率，缓解交通拥堵，共享设施资源，与社会的发展相适应，但是小区的开放也会带来很多弊端，小区居民与外来车辆之间的平衡是需要解决的问题，对开放式小区的可行性需要进一步研究。

参考文献

[1]王一晴，陆明，邢军，等.基于适宜性开放的住区空间改善策略研究——以哈尔滨市柏林四季小区为例[C]//面向高质量发展的空间治理——2021中国城市规划年会论文集（19住房与社区规划），2021：423-438.

[2]李恩增.多重视角下开放式住区规划的必要性与可行性研究[D].杭州：浙江大学，2018.

[3]董艳莹，宫久信，石越昌.基于AHP-FCE模型的小区开放对道路通行能力的影响研究[J].企业与管理，2020（1）：177.