[2016年國(guó)賽matlab創(chuàng)新獎(jiǎng)b題]中國(guó)人民大學(xué)-小區(qū)開放道路通行影響

1、- 1 -小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響 小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響摘要 摘要 隨著城市規(guī)劃建設(shè)的不斷發(fā)展以及道路車流量增加，車輛通行能力越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因而封閉型住宅小區(qū)和開放式住宅小區(qū)成為人們討論的焦點(diǎn)。本文重點(diǎn)考 慮了小區(qū)開放對(duì)其周邊道路通行的影響，建立了合適的、完整的、系統(tǒng)的的影響評(píng)價(jià) 影響評(píng)價(jià)模型 模型，對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，從而針對(duì)不同類型的小區(qū)給出小區(qū)開放與否的 合理化建議。首先，我們選取小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行產(chǎn)生的影

2、響因素，運(yùn)用聚類分析法 聚類分析法將各個(gè)影響因素歸為 3 個(gè)較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，即道路通行能力、安全性和便捷度 道路通行能力、安全性和便捷度。再利用層次分析法 層次分析法選出起相對(duì)關(guān)鍵作用的影響因素，最終得出：道路通行能力由車道數(shù)、擁堵系數(shù)、路旁干擾系數(shù)、區(qū)內(nèi)支路飽和度決定，安全性由交叉路口個(gè)數(shù)所決定，便 捷度由可達(dá)度所決定。據(jù)此，我們建立了一套合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其次，根據(jù)上述指標(biāo)體系，我們分別對(duì)道路通行能力、安全性和便捷度建立相關(guān)

3、模型分析影響。對(duì)于道路通行能力，基于元胞自動(dòng)機(jī)模型 元胞自動(dòng)機(jī)模型以及 NS NS 模型 模型，我們分析得出車輛密度與車輛平均速度的之間的關(guān)系，再通過(guò)對(duì)比得出開放前后小區(qū)周邊道路“交通流 通流”的變化，進(jìn)而反映出對(duì)道路通行能力的影響程度。對(duì)于安全性，我們建立了交叉口車輛通行模型，定義潛在危險(xiǎn)度 潛在危險(xiǎn)度，從而定量分析小區(qū)開放對(duì)安全性的影響。對(duì)于便捷度，我們定義可達(dá)度 可達(dá)度（小區(qū)及周邊范圍內(nèi)從小區(qū)一端到達(dá)小區(qū)另一端的支路之和與最短路徑

4、之和的比值）來(lái)反映便捷度的變化。其中最短路徑通過(guò)建立最短路模型 最短路模型，運(yùn)用 Dijkstra 算法求得。接下來(lái)，我們建立模糊綜合評(píng)判模型 模糊綜合評(píng)判模型，取定因素集為以上 3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，再取定評(píng)語(yǔ)級(jí)，然后通過(guò)判斷因素集對(duì)周邊道路通行產(chǎn)生的影響大小來(lái)給定權(quán)值，最終分析計(jì)算得出影響程度。接下來(lái)，我們隨機(jī)選取五個(gè)具有不同特點(diǎn)的小區(qū)，根據(jù)上述模型得出的結(jié)果，將小區(qū)分為三種類型 三種類型：適合開放的小區(qū)，不適合開放的小區(qū)，開放與否對(duì)道路通

5、行影響不大的小區(qū)。然后我們根據(jù)這三種類型小區(qū)和周邊道路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，向城市規(guī)劃和交通管理部門提出有效、合理的建議。然后，在模型的分析檢驗(yàn)中，我們通過(guò)實(shí)際案例和運(yùn)用交通仿真模擬軟件 交通仿真模擬軟件 VISSI VISSIM模擬交通系統(tǒng)，來(lái)給出模型可靠性的依據(jù)。最后，在模型的評(píng)估與優(yōu)化中，我們對(duì)所用模型進(jìn)行了合理性評(píng)估，對(duì)其缺點(diǎn)部分進(jìn)行改進(jìn)。其中，我們建立了對(duì)聚類分析法中權(quán)重確定方法進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)用“九 分位法 分位法”使得權(quán)重的確定更為科

6、學(xué)可靠；建立了結(jié)合主成分分析法的層次分析法模型 結(jié)合主成分分析法的層次分析法模型；同時(shí)也對(duì)模糊綜合評(píng)判模型進(jìn)行了因素集、評(píng)語(yǔ)集以及權(quán)重確定方法的改進(jìn)。關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 聚類分析法 層次分析法 元胞自動(dòng)機(jī) NS 模型 Dijkstra 算法 模糊綜合評(píng)判- 3 -行能力的影響，對(duì)安全性的影響以及對(duì)便捷度的影響共同決定。2.2 2.2 對(duì)問(wèn)題二的分析 對(duì)問(wèn)題二的分析我們利用問(wèn)題一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將主路通行能力、安全性和便捷度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，將影

7、響各個(gè)指標(biāo)的因素作為對(duì)車輛通行的總影響。我們先依次通過(guò)構(gòu)建模型來(lái)分 析這三個(gè)指標(biāo)的變化，最后利用模糊綜合評(píng)判模型進(jìn)行影響程度的判定。首先，對(duì)于道路交通能力的影響，我們知道，車道數(shù)、擁堵系數(shù)，路旁干擾系數(shù)、區(qū)內(nèi)支路飽和度這四個(gè)因素都是直接影響車輛密度和車輛平均速度，進(jìn)而間接影響道 路通行能力。因此，我們將能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)車輛密度和平均速度的“交通流”作為道路通行能力的主要描述參數(shù)。進(jìn)而，我們結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī)模型[4]，給出 NS 規(guī)則[5]下車

8、輛 密度和車輛平均速度，并據(jù)此求出車輛密度與車輛平均速度之間的關(guān)系圖，以此來(lái)分析車輛通行情況。我們考慮到，小區(qū)開放與否會(huì)改變模型中的初始參數(shù)，進(jìn)而影響車 輛密度和車輛平均速度。據(jù)此，我們對(duì)初始參數(shù)進(jìn)行改動(dòng)，通過(guò)對(duì)比，便可以得出小區(qū)開放對(duì)周圍道路交通流的影響。其次，對(duì)于安全性的影響，我們知道交叉路口是導(dǎo)致車禍等事故的多發(fā)地帶，在小區(qū)開放前后，交叉口個(gè)數(shù)增多，因而會(huì)導(dǎo)致安全性有所降低。我們通過(guò)研究交叉路口的個(gè)數(shù)變化，建立交叉口車輛通行模型，

9、定義潛在危險(xiǎn)度[6]，定量分析小區(qū)開放對(duì)安 全性的影響。接下來(lái)，對(duì)于便捷度的影響，我們通過(guò)可達(dá)度來(lái)體現(xiàn)便捷程度。我們通過(guò)建立最短路模型求出從小區(qū)一端到達(dá)小區(qū)另一端的最短路徑之和，進(jìn)而得到可達(dá)度，定量分析可達(dá)度的大小，得出小區(qū)開放對(duì)便捷度的影響。最后，我們建立模糊綜合評(píng)判模型，對(duì)車輛通行能力、安全性和便捷度三個(gè)因素集建立了關(guān)于車輛通行的數(shù)學(xué)模型，將小區(qū)的結(jié)構(gòu)、面積、各支路情況以及周邊路況作為輸入?yún)?shù)，即可得到小區(qū)開放對(duì)道路通行能力、安全性

10、和便捷度的影響。2.3 2.3 對(duì)問(wèn)題 對(duì)問(wèn)題三的分析 的分析由問(wèn)題二建立的模型，我們結(jié)合實(shí)例對(duì)第三問(wèn)進(jìn)行分析。在這一問(wèn)中，我們選取五個(gè)具有代表性的小區(qū)示意圖，運(yùn)用第二問(wèn)的模型，將行車速度、小區(qū)車道數(shù)、道路 面積率、擁堵系數(shù)以及區(qū)內(nèi)支路飽和度作為輸入?yún)?shù)，綜合分析各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系和各個(gè)參數(shù)對(duì)車輛通行的影響，從而得到不同結(jié)構(gòu)、不同周邊道路結(jié)構(gòu)、不同車流量的小 區(qū)開放對(duì)車輛通行的影響。2.4 2.4 對(duì)問(wèn)題 對(duì)問(wèn)題四的分析 的分析通過(guò)對(duì)問(wèn)

11、題二、三的研究和對(duì)小區(qū)實(shí)例的分析，我們從中分析總結(jié)小區(qū)開放與否的相關(guān)規(guī)律，然后結(jié)合分析小區(qū)結(jié)構(gòu)及周邊道路結(jié)構(gòu)、車流量等因素，通過(guò)車輛通行 能力、 安全性以及便捷度等角度向城市規(guī)劃和交通管理部門提出關(guān)于小區(qū)開放與否的合理化建議。三 模型假設(shè) 模型假設(shè)1）假設(shè)最短車頭間距在安全距離之外； 2）假設(shè)每個(gè)路口都安裝紅綠燈；3）假設(shè)交叉路口是十字路口或丁字路口； 4）假設(shè)車輛行駛不受對(duì)向車流的影響； 5）假設(shè)車禍只發(fā)生在交叉口，其他路段事故發(fā)生率