开放小区对道路通行影响的探究

祁阿莹++张焱

摘要：针对住宅小区开放后是否能够达到形成优化路网结构，从而使得目前存在的道路交通问题得到改善这一目的，以及改善效果如何进行了全面细致的讨论。综合影响小区周边道路通行的三个一级指标六个二级指标，采用了层次分析法来为各个因素分配权重，用以描述各个因素对道路通行状况影响的占比，最后得出了一个综合表达式来定量描述开放小区对道路通行的影响。并通过控制标量法来研究不同指标对开放小区道路通行状况的影响。以长沙市中心的小区作为研究对象，根据获取的数据并利用数据仿真技术，得到计算所需的各类数据，并计算各类小区的综合评分，给出定性的评价标准。最后根据模型以及对不同类型小区开放对周边环境影响的分析，就缓解交通状况向相关部门提出建议。

关键词：层次分析法；综合评价；数据仿真；权重；控制变量

中图分类号：D9

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.17.061

随着中国经济的高速发展，平均家庭拥有车辆数的不断增多，同时主干道路数量增长趋势缓慢，导致交通问题越发严峻。国务院就这一问题提出了推广街区制，指出不再建设封闭住宅小区，并且已建成的小区等要逐步开放。此制度的推出旨在提高道路通行能力，改善交通状况。基于此背景，以2016年全国大学生数学建模竞赛为契机，本文对上述目的进行了细分，着眼于以下问题：

（1）通过建立数学模型，研究开放小区如何对周边道路的通行情况产生影响。

（2）根据建立起的模型，比较不同类型的小区开放前后对道路通行的影响。

1模型假设

（1）假设路段和交叉口的汽车通行能力是稳定的；

（2）假设主干路和小区内部的路都是平的；

（3）假设道路上通行的均为汽车，不考虑自行车和行人等对车辆通行影响；

（4）假设不考虑小区内部的具体结构；

（5）忽略天气状况对交通的影响；

（6）不考虑意外事故对交通状况的影响。

2模型建立与求解

2.1评价指标体系

小区开放后能否改善道路交通状况，提高通行能力，以及改善的效果如何，受到许多因素的影响。通过对各种因素的分析，我们最终提炼出三个一级评价指标和六个二级评价指标。

2.1.1交叉口指标

（1）交叉口饱和度S1。

交叉口的饱和度的计算方法采用研究区域内各交叉口饱和度带权平方的方法处理。各交叉口的权重为交叉口的通行能力与所有交叉口通行能力之和的比值。计算公式为：

符号说明：

Vi：各交叉口高峰小时交通量；

Ci：各交叉口的通行能力；

n：交通影响范围的交叉口数。

（2）交叉口平均延误时间T1。

交叉口受阻車辆总延误时间课采用定积分进行计算。假定车辆从时刻T1开始阻塞，到时刻T2阻塞结束，则受阻车辆总延误时间D1计算公式为：

符号说明：

T1：起始时间；

T2：终止时间；

Ψ1（t）：t时刻累计离开车辆数；

Ψ2（t）：t时刻累计到达车辆数；

D1：受阻车辆总延误时间。

2.1.2路段指标

（1）路段饱和度S1。

路段的饱和度的计算方法采用研究区域内各路段饱和度带权平方的方法处理。各路段的权重为各路段的通行能力与所有路段通行能力之和的比值。计算公式为：

符号说明：

Vi：路段高峰小时交通量；

Ci：路段的通行能力；

N：交通影响范围内路段数。

（2）路段平均延误时间T1。

路段受阻车辆总延误时间课采用定积分进行计算。假定车辆从时刻T1开始阻塞，到时刻T2阻塞结束，则受阻车辆总延误时间D2计算公式为：

符号说明：

T1：起始时间；

T2：终止时间；

Ψ1（t）：t时刻累计离开车辆数；

Ψ2（t）：t时刻到达离开车辆数；

D2：受阻车辆总延误时间；

2.1.3出入口指标

小区内部与外部的连通状况可由道路类型和出入口数量等因素决定，根据出入口与不同路段的连接方式，赋予相应的分值：

（1）出入口和支路连接，其值为1；

（2）直接和城市次干道相连，其值为2；

（3）直接和城市主干道相连，其值为3；

（4）直接和城市快速路相连，其值为4。

如果该居住小区有多个出入口，则用取值平均的方法处理，及所有出入口设置状况得分的总和除以进出口数。

符号说明：n1：与支路相连的出入口数；

n2：与次干道相连的出入口数；

n3：与主干道相连的出入口数；

n4：与快速路相连的出入口数。

2.2采用层次分析法构建模型

小区道路通行问题涉及面广、内容多，评价指标选取时考虑的因素也多，因此采用层次分析法建立评价指标体系结构模型。经赋权及检验，得总评价体系：

Y=0.3598S1+0.1798D1+0.1980S2+00990D2+0.0817IO

3模型验证及分析

要定量分析各类型小区开放前后对道路通行的影响，需要从小区开放前后开放的出入口数量的变化，小区出入口连接的道路类型，以及小区开放前车流量的大小等几个角度进行分析讨论各项指标的变化情况，以及总的评价体系的变化情况，最后在误差范围内，定量的给出影响的程度。

我们以长沙市中心的小区作为我们的研究对象，该居民小区是由韶山中路、黄土岭路、雨花路、新建路围成的封闭区域，该区域以居住、办公、商业等功能为主。其中，韶山路为主干路，黄土岭路和新建路为次干路，雨花路为城市支路，共有四个交叉口。通过收集以上路段及交叉口的车流量及时延等数据，进行模型验证及分析。

3.1指标量化

经查阅大量文献，根据标准将各个指标量化。

3.2从出入口开放的数量的角度分析对交通道路的影响

開放前的小区的允许车辆通行的出入口数量很少，开放之后允许车辆通行的出入口的数量变多。

收集上述影响因素的相关数据代入量化指标，得到长沙市中心小区开放前后出入口指标如表2。开放之前的总得分：

Y1=0.3598×2+0.1798×4+0.1980×7+00990×5+0.0817×2=2.34092

开放之后的总得分：

Y2=0.3598×2+0.1798×2+0.1980×8+00990×7+0.0817×5=2.5892

由此可得：开放之后的总得分提高，参照总评分表，该类小区的交通状况不理想。

所以对于这类在市中心的小区，城市基础设施完善，城市开放程度高，交往频繁的小区，适宜增加进出口的数量。

3.3从不同角度出发，得出结论

3.3.1从出入口与道路的连接状况的角度分析对周围环境的影响

在增加出入口数量的前提下，增加与支路相连的出入口数量会大大改善交通状况，因此，与支路相连多的小区开放之后，会改善交通状况。

3.3.2从车流量的角度分析对周围交通的影响

当交通量较小时，开放小区有利于舒缓道路通行。

4建议

根据我们的模型以及对不同类型小区开放对周边环境影响的分析，从交通通行的角度，分别对城市规划和交通管理部门提出建议。

4.1城市规划

（1）在实际中，小区在城市的位置有所差距，有的位于小城市的偏远地区，有的位于城市中心位置，城市中心路网的节点度（该出入口相连接边的数量）比城市偏远地区的多，而且车流量大，从改善道路周边环境和交通状况来看，小区路网与城市道路网络在允许条件下应选择节点度小的进行连接。同时，在满足节点度最小原则时尽量使小区开放程度尽可能大；从整体上看，位于郊区的小区开放对降低城市道路网络拥堵程度，改善城市道路网络比开放城市中心小区作用明显。

（2）当小区的路网结构相同时，规模大的即出入口数量多的更容易缓解交通堵塞，舒缓交通状况，所以，城市在规划时，在保证经济性和占地面积合理的情况下，适当增加出入口数量。

4.2交通管理部门

出入口连接道路有多种方式，与支路连接、与主干路连接、与次干路连接、与快速路连接，在众多的连接方式中，与支路连接的方式更有利于周边环境的改善，因此，在城市规划中，适当增加与支路的连接数。出入口应直接开向住区支路或小区三级道路。

参考文献

[1]李向朋.城市交通拥堵对策——封闭型小区交通开放研究[D].长沙：长沙理工大学，2014，（09）.

[2]王尧.城市道路交通拥堵评价与判定方法研究[D].北京：北京工业大学，2014，（06）.

[3]商仲华.居住小区开发交通影响分析研究[D].西安：长安大学，2006，（06）.

[4]董玉波.受阻车辆总延误时间的计算方法[J].中国人民公安大学学报（自然科学版），2012.

[5]韩中庚.数学建模方法及其应用[M].北京：高等教育出版社，2005.