小區(qū)開放對道路通行的影響

1、齊 齊 哈 爾 大 學科學計算課程設計題 目 小區(qū)開放對道路通行的影響學 院 理 學 院 專業(yè)班級 信息與計算科學專業(yè)142班 學生姓名 劉先俊2016年 9月 28日16小區(qū)開放對道路通行的影響摘要本題主要探討開放小區(qū)能否達到優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高道路通行能力，改善交通狀況的目的，以及改善效果如何。通過分析小區(qū)開放后各種因素對周圍道路通行能力的影響，比較各類型小區(qū)開放前后周圍道路通行的情況，得出各類小區(qū)開放后改善交通效果不一，但是總體來說開放小區(qū)達到了優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高道路通行能力，改善交通狀況的目的。同時給出關于小區(qū)開放合理化建議。針對問題一，結(jié)合小區(qū)開放后路網(wǎng)密度、道路面積、車流量、小區(qū)所在

2、位置以及主干路服務水平的改變，其中通過統(tǒng)計分析的方法獲取了路網(wǎng)密度、道路面積的有關數(shù)據(jù)，通過加權(quán)平均法獲取車流量數(shù)據(jù)等，通過以上指標建立小區(qū)開放影響分級評價體系。針對問題二，在創(chuàng)建模型方面，選擇了層次分析法，通過構(gòu)造矩陣，引用合適的評價指標，對各項指標之間的相對重要性，做出了合理化的比較。計算權(quán)向量并作一致性檢驗，得出評分標準的模型。針對問題三，根據(jù)問題二提出的數(shù)學模型，令各項指標為參數(shù)，利用權(quán)重系數(shù)編寫相關程序，通過進行大量仿真模擬數(shù)據(jù)，從多方面研究了小區(qū)開放對周圍交通的影響。以此對模型進行檢驗與評估，并對小區(qū)開放對周圍道路通行能力的影響進行分級。針對問題四，根據(jù)本文結(jié)果來看，小區(qū)開放與否，

3、與小區(qū)的位置、面積，有很大關系，通過問題三建立的模型以及實驗結(jié)果來看，將小區(qū)大致分為ABCDE五個等級，不同等級在文中分別給出了不同的意見，以供參考關鍵詞:層次分析法,評價體系，綜合評定一.問題重述: 小區(qū)開放對道路通行的影響2016年2月21日，國務院發(fā)布關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見，其中第十六條關于推廣街區(qū)制，原則上不再建設封閉住宅小區(qū)，已建成的住宅小區(qū)和單位大院要逐步開放等意見，引起了廣泛的關注和討論。除了開放小區(qū)可能引發(fā)的安保等問題外，議論的焦點之一是：開放小區(qū)能否達到優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高道路通行能力，改善交通狀況的目的，以及改善效果如何。一種觀點認為封閉式小區(qū)破壞了城市

4、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，堵塞了城市“毛細血管”，容易造成交通阻塞。小區(qū)開放后，路網(wǎng)密度提高，道路面積比增加，通行能力自然會有提升。也有人認為這與小區(qū)面積、位置、外部及內(nèi)部道路狀況等諸多因素有關，不能一概而論。還有人認為小區(qū)開放后，雖然可通行道路增多了，相應地，小區(qū)周邊主路上進出小區(qū)的交叉路口的車輛也會增多，也可能會影響主路的通行速度。城市規(guī)劃和交通管理部門希望你們建立數(shù)學模型，就小區(qū)開放對周邊道路通行的影響進行研究，為科學決策提供定量依據(jù)，為此請你們嘗試解決以下問題：1. 請選取合適的評價指標體系，用以評價小區(qū)開放對周邊道路通行的影響。2. 請建立關于車輛通行的數(shù)學模型，用以研究小區(qū)開放對周邊道路通行的影響

5、。 3. 小區(qū)開放產(chǎn)生的效果，可能會與小區(qū)結(jié)構(gòu)及周邊道路結(jié)構(gòu)、車流量有關。請選取或構(gòu)建不同類型的小區(qū)，應用你們建立的模型，定量比較各類型小區(qū)開放前后對道路通行的影響。4. 根據(jù)你們的研究結(jié)果，從交通通行的角度，向城市規(guī)劃和交通管理部門提出你們關于小區(qū)開放的合理化建議。二.問題分析1、問題分析經(jīng)過考慮問題的題設和要求可知，我們要解決的是小區(qū)開放對道路通行能力的影響問題。首先要考慮的是道路通行能力，小區(qū)開放后首先改變的是路網(wǎng)密度，其次影響道路通行能力的幾個因素分別為 區(qū)位置，小區(qū)位于不同的位置對于道路通行能力的影響是不同的，2、建模思路篩選出幾個重要的評價指標對幾個指標進行量化分析，通過層次分析法

6、求出權(quán)重系數(shù)。3、得出判斷關系式對題目仔細地分析后，我們確定了以下幾個重要的指標：1）路網(wǎng)密度：因為網(wǎng)密度可以直觀的反映出該小區(qū)所處在交通網(wǎng)是否發(fā)達的地方，從而小區(qū)開放對道路通行能力的影響是起決定性作用的。2）小區(qū)位置：小區(qū)所處在人口密度為多大的區(qū)域，從這可以直觀的反映出小區(qū)對交通便利情況的影響。3）小區(qū)附近道路服務水平：道路上的運行速度和交通量與可能通行能力之比，從這里可以直觀的反映出小區(qū)開放后對車輛滯留情況的影響。4）車流量5）道路面積：值的是小區(qū)內(nèi)道路面積比與小區(qū)總面積之比，從這里我們可以分析出小區(qū)道路開放并入道路網(wǎng)后，對道路的通行能力產(chǎn)生的影響，比值越大說明對道路的通行能力越強。由小區(qū)

7、對周邊道路的具體影響，及查詢相關文獻得出其相關重要性。4、流程示意圖小區(qū)開放對道路通行的影響分析影響道路通行的因素指標建立小區(qū)開放影響分級評價體系根據(jù)因素指標間的數(shù)量關系和評價體系，層次分析法利用建立關于車輛通行的數(shù)學把模型構(gòu)造對比矩陣計算權(quán)向量及一致性檢驗權(quán)系數(shù)總評分對不同類型小區(qū)進行評價三.符號說明定義一致性指標隨機一致性指標定義一致性比率最大特征根矩陣階數(shù)權(quán)向量（特征向量）車流量路網(wǎng)密度小區(qū)所在位置服務水平道路面積比車身長車距單位時間車速四模型假設（1）假設在構(gòu)建成對比矩陣的觀點一致。（2）假設所考察因素除了路網(wǎng)密度、服務水平、小區(qū)所在區(qū)域小區(qū)所在位置、道路面積比，不考慮其他因素。（3）

8、假設小區(qū)周圍道路路況一致。（4）假設不同時間及不同天氣情況下車流量一致。（5）假設不同車型在道路上行駛速度差距不考慮及車長一致。（6）假設不同路況車流密度不變。五.模型建立與求解5.1、評價體系的建立5.1.1、標準制定與分析要對小區(qū)開放對周邊道路通行的影響進行評估，首先必須確定合適的評價標準。通過大量的查閱典籍文獻，最終選擇了如下幾個評估指。路網(wǎng)密度：建成區(qū)內(nèi)道路長度與建成區(qū)面積的比值(道路指有鋪裝的寬度3.5米以上的路，不包括人行道)。在道路面積比率不變的前提下，路網(wǎng)密度越高，道路的車道數(shù)目越少，大部分是雙向四車道或雙向兩車道，從而提高道路通行能力。其計算公式為：（單位:公里/平方公里）其

9、中為建成區(qū)內(nèi)道路長度，為建成區(qū)面積，路網(wǎng)密度與道路面積數(shù)據(jù)多由統(tǒng)計分析所得。小區(qū)位置：小區(qū)所在位置的人口密度是反映小區(qū)位置的一項重要指標，人口密度在一定程度上顯示出小區(qū)所在區(qū)域的繁華程度。所在區(qū)域越繁華，其交通狀況越復雜。其計算公式為：（單位:人/平方公里）其中為人口密度根據(jù)基于人口重心曲線的中國人口密度分級的九級劃分，將小區(qū)所在區(qū)域人口密度劃分為如下五個等級：核心密集區(qū)：人口密度大于1000人每平方千米；高度密集區(qū)：人口密度在5011000人每平方千米；中度密集區(qū)：人口密度在401500人每平方千米；低度密集區(qū)：人口密度在201400人每平方千米；稀疏區(qū)：人口密度小于200人每平方千米。采取

10、百分制對小區(qū)所在區(qū)域人口密度等級進行評分，評分標準如下表所示：表1人口密度等級評分表核心密集區(qū)高度密集區(qū)中度密集區(qū)低度密集區(qū)稀疏區(qū)人口密度（）評分（分）30601006040服務水平：主要以道路上的運行速度和交通量與可能通行能力之比綜合反映道路的服務質(zhì)量。道路飽和度是反映道路服務水平的重要指標之一，其計算公式即為人們常說的,其中為最大交通量,為最大交通能力。飽和度越高，代表道路服務水平越低。我國一般根據(jù)飽和度值將道路擁擠程度服務水平分為如下四個等級：一級服務水平：道路交通順暢，服務水平，介于0至0.6之間；二級服務水平：道路稍有擁堵，服務水平較高，介于0.6至0.8之間；三級服務水平：道路擁堵

11、，服務水平較差，介于0.6至0.8之間；四級服務水平：大于，道路嚴重擁堵，服務水平極差。結(jié)合國家道路擁擠程度服務水平等級，建立合適的評分系統(tǒng)。采取百分制進行評分，一級服務水平為100分，二級服務水平為75分，三級服務水平為50分，四級服務水平為25分。具體情況如下表所示：表2道路服務水平評分表服務水平一級二級三級四級評分100755025道路面積比：此處的道路面積指的是小區(qū)內(nèi)道路面積比與小區(qū)總面積之比，它從一定程度上反映小區(qū)附近道路面積的增加，道路面積比越大，則小區(qū)開放后對周圍道路通行的影響越大。其計算公式為：其中為小區(qū)內(nèi)道路面積，為小區(qū)總面積根據(jù)實際情況可知道路面積比通常在在不超過0.2之間

12、，將道路面積比分為五個等級，以百分制進行分級評定：表2道路面積比評分表道路面積比評分20406080100車流量：由單位時間內(nèi)通過某路段的車輛為標準，在一定的時間內(nèi)，某條公路點上所通過的車輛數(shù)，用公式表示:車流量公式為:車流量=單位時間*車速/(車距+車身長)即5.1.2、評價體系小區(qū)開放對周圍道路影響兩個層次如下所示：目標層：評價小區(qū)開放對周圍道路影響準則層：路網(wǎng)密度、服務水平、小區(qū)位置、道路面積比、車流量該問題十分明確，兩個層次的要素也十分明顯。首先將有關因素按照不同的屬性從上到下分為兩個層次，分別為目標層和方案層。最上層為目標層：評價小區(qū)開放對周圍道路影響；最下層為準則層：路網(wǎng)密度、服務

13、水平、小區(qū)位置、道路面積比、車流量，上層受下層影響，而層內(nèi)各因素基本上相對獨立，將這兩個層次用圖表示即為：小區(qū)開放對周圍道路通行的影響 路網(wǎng)密度道路面積比服務水平小區(qū)所在位置目標層準則層車流量圖1層次分析結(jié)構(gòu)圖5.2、問題二模型的建立與求解5.2.1：構(gòu)造成對比較陣在構(gòu)造成對比矩陣之前，引入一個評價指標，即由路網(wǎng)密度、服務水平、小區(qū)所在位置、道路面積比、車流量等四個指標對于道路通行的影響大小，采用1-9級相對重要性作為尺度的方法。其詳細內(nèi)容如下所示：表3評價指標相同重要稍微重要明顯重要強烈重要絕對重要介于兩極之間135792，4，6，8在網(wǎng)絡上通過對以上四種評價指標的實際情況的調(diào)查，得到表格4

14、。表格4是對四種指標之間的相對重要性進行比較，則是針對于每種具體的指標，根據(jù)在該指標上的優(yōu)劣進行比較，最終得出以下的對比矩陣R：表格4路網(wǎng)密度小區(qū)所在位置服務水平車流量道路面積比比路網(wǎng)密度13小區(qū)所在位置31759服務水平1車流量1道路面積比比15.2.2：計算權(quán)向量并作一致性檢驗借助數(shù)學軟件Matlab對每一個成對比矩陣計算最大特征根和特征向量，并作一致性檢驗，若通過，則可認為成對比矩陣的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，可用其特征向量作為權(quán)向量。否則則應該重新構(gòu)造成對比矩陣。在這里引入計算公式與隨機一致性指標1、定義一致性指標:（越大，不一致越嚴重） 2、隨機一致性指標RI：表格5（隨機一致性指標

15、RI）n1234567891011RI000.580.891.121.241.321.411.451.491.513、定義一致性比率: （當CR100 a=1 1/3 7/3 5/3 3;3 1 7 5 9;3/7 1/7 1 5/7 9/7;3/5 1/5 7/5 1 9/5;1/3 1/9 7/9 5/9 1a = 1.0000 0.3333 2.3333 1.6667 3.0000 3.0000 1.0000 7.0000 5.0000 9.0000 0.4286 0.1429 1.0000 0.7143 1.2857 0.6000 0.2000 1.4000 1.0000 1.8000

16、 0.3333 0.1111 0.7778 0.5556 1.0000 V,D=eig(a);D1=diag(D);D1=D1.disp(對應的特征向量為：);Vdisp(最大特征值為：);m=max(D(:)n,z=size(a);CI=(m-n)/(n-1);RI=0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51;ri=RI(n);CR=CI/ridisp(是否通過一致性檢驗？);if(CR0.1) disp(未通過)else disp(通過) a=CR r,c=find(m=D); v=V(:,c); disp(權(quán)向量為) B=v./sum

17、(v) endD1 = -0.0000 5.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000對應的特征向量為：V = -0.7897 -0.3064 -0.3771 -0.3613 0.5872 0.5923 -0.9191 -0.6034 -0.8215 0.5915 0.0846 -0.1313 -0.4532 0.2062 -0.3234 0.1185 -0.1838 0.0153 0.3605 0.3874 0.0658 -0.1021 0.5367 -0.1489 -0.2251最大特征值為：m = 5.0000CR = -1.9825e-016是否通過一致性檢驗？通過a =

18、-1.9825e-016權(quán)向量為B = 0.1865 0.5595 0.0799 0.11190.0622附件2權(quán)重柱狀圖代碼 cleary=0.1865,0.5595,0.0799,0.1119,0.0622bar(y,0.5);set(gca,XTickLabel,路網(wǎng)密度,小區(qū)所在位置,服務水平,車流量,道路面積 );xlabel(因素指標),ylabel(權(quán)重)y = 0.1865 0.5595 0.0799 0.1119 0.0622附件3計算總分路網(wǎng)密度=1.6 1.9 2.6 3.3 3.9 4.5 4.8 5.2 5.8 6.0 6.4 6.8 7.3 7.5 7.9 8.6 8.8 9.2 9.4 9.8小區(qū)所在位置評分=30 40 30 60 60 40 100 30 40 60 40 30 100 30 40 40 40 60 60 100服務水平評分=25 25 50 75 75 50 100 25 75 50 100 25 25 50 50 75 75 50 25 75車流量=200 300 400 200 300 500 100 400 200 300 500 200 200 300 400 500 200 400 300 300道路面積=20 20 40 40 60 20 60