CN102567595A - 一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，根据交通安全参数的最终值、公众满意度参数的最终值、降噪参数的最终值、空间伸缩参数的最终值、道路绿化参数的最终值、视觉美感参数的最终值及土地利用参数的最终值获取DEA模型；对DEA模型进行分析，分别判断各参数的最终值是否满足绿色生态标准，如果否，对不满足绿色生态标准的参数进行调整。本方法通过对不满足降噪效果和绿化效果的道路等进行改进，降低了道路的噪声，提高了路面自身的降噪能力、提高了道路的绿化效果等。

Description

一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法

技术领域

本发明涉及生态环境领域，特别涉及一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法。

背景技术

随着国民经济、社会和城市建设的快速发展，汽车尾气、噪声、拥挤、社会公平和生态环境恶化等城市问题日益严重。而城市居民出行要求更为舒适、方便和快捷，对城市道路交通便捷程度、城市景观环境等提出了更高的要求。以绿色、生态为导向的城市道路横断面布置已是现代化城市发展的必然趋势。

我国城市道路横断面设计过程中，设计者往往只根据道路等级，机械地布置道路横断面形式，结果出现道路“千路一面”的现象。随着北京奥运会和广州亚运会的举办，对于道路横断面规划设计存在的问题，国内不少学者结合各个城市的特点提出了自己的观点，并初步提出了一些相关技术标准。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

现有技术中通过建立模型，并对模型进行分析得到绿色生态型城市道路横断面，建模的过程中考虑的相关因素比较少，得到的绿色生态型城市道路横断面并不能真正的体现绿色生态，并且不能对降噪效果和绿化效果等不好的道路进行调整，无法满足实际应用中的需要。

发明内容

本发明提供了一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，通过该方法建立了绿色生态型城市道路横断面，对不满足降噪效果和绿化效果等的道路进行改进，详见下文描述：

一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过二元对比倒数法，运用判断矩阵获取机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、步行道至建筑红线宽度的权重和行车道绿带宽度的权重；

(2)通过机动车道宽度、道路分隔、道路照明对道路的交通安全的评价标准，获取不同方案机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂、道路照明参数u₁₃三个二级指标的评语参数值；

(3)获取步行道至建筑红线的宽度值及行车道绿带宽度值；

(4)通过所述机动车道宽度的权重、所述道路分隔的权重、所述道路照明的权重、所述机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃的评语参数值，获取交通安全参数U₁的最终值；

(5)通过所述步行道至建筑红线宽度的权重、所述行车道绿带宽度的权重、所述步行道至建筑红线的宽度值及所述行车道绿带宽度值获取降噪参数U₂的最终值；

(6)通过满足空间伸缩条件的个数获取空间伸缩参数U₃的最终值；

U₃＝{满足空间伸缩条件的个数}；

(7)根据道路绿化总宽度和道路红线宽度获取道路绿化率参数U₄的最终值；

道路绿化率参数U₄的最终值(％)＝道路绿化总宽度/道路红线宽度；

(8)通过道路宽度与建筑高度的比值获取视觉美感参数U₅的最终值；

(9)采用模糊评价的方法，邀请专家通过对交通出行速度和道路对环境影响进行打分获取公众满意度参数U₆的最终值；

(10)通过对所述道路红线宽度的分级获取土地利用参数U₇的最终值；

(11)将所述土地利用参数U₇作为输入指标，将所述交通安全参数U₁、所述降噪参数U₂、所述空间伸缩参数U₃、所述道路绿化率参数U₄、所述视觉美感参数U₅和所述公众满意度参数U₆作为输出指标；

(12)根据所述交通安全参数U₁的最终值、所述降噪参数U₂的最终值、所述空间伸缩参数U₃的最终值、所述道路绿化率参数U₄的最终值、所述视觉美感参数U₅的最终值、所述公众满意度参数U₆的最终值及所述土地利用参数U₇的最终值获取DEA模型；

(13)对所述DEA模型进行分析，分别判断所述交通安全参数U₁的最终值、所述降噪参数U₂的最终值、所述空间伸缩参数U₃的最终值、所述道路绿化率参数U₄的最终值、所述视觉美感参数U₅的最终值、所述公众满意度参数U₆的最终值和所述土地利用参数U₇的最终值是否满足绿色生态标准，如果是，执行步骤(14)；如果否，执行步骤(15)；

(14)流程结束；

(15)对不满足绿色生态标准的参数进行调整，流程结束。

所述机动车道宽度的权重由外侧车道权重、内侧车道权重和中间车道权重确定。

所述通过二元对比倒数法，运用判断矩阵获取机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、步行道至建筑红线宽度的权重和行车道绿带宽度的权重具体为：

对于所述交通安全参数U₁＝{u₁₁，u₁₂，u₁₃}＝{机动车道宽度参数，道路分隔参数，道路照明参数}；所述降噪参数U₂＝{u₂₁，u₂₂}，按各指标对于上一级指标的影响大小把各评判指标进行两两比较，并赋以确定值，以aij表示i对j的重要性；aji表示j对i的重要性；i、j和n的取值为正整数；

构造判断矩阵，a_ij＞0，a_ij＝1/a_ji；

计算判断矩阵每一行元素的和M_i；

计算M_i的n次方根

对向量进行正规化处理，即得到权重；

${\mathrm{\ω}}_i=\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}.$

所述采用模糊评价的方法，邀请专家通过对交通出行速度和道路对环境影响进行打分获取公众满意度参数U₆的最终值具体为：

专家对第j个方案的第i个因素进行评估，然后再计算r_ij；

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\ΣN}}$

其中r_ij表示专家评估第j方案的第i因素视为某一风险层次的相应的权重；N_ij表示把第j方案的第i因素视为同一风险层次的专家人数；∑N表示专家的总数；

由下式得出模糊关系矩阵R_i：

$R_i={\mathrm{\ω}}_i\·\left|\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \·\·\·& r_{1j}\\ r_{21}& r_{22}& \·\·\·& r_{2j}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ r_{i1}& r_{i2}& \·\·\·& r_{\mathrm{ij}}\end{array}\right|$

最终值的评价结果为：

W_i＝R_i·V^T，V＝{V₁，V₂，V₃，...，V_m}，m的取值为正整数，V_m表示不同的评价等级。

所述DEA模型具体为：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min (\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}({\hat{e}}^T{S}^{-}+{\hat{e}}^T{S}^{+})=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},n\end{array}\right.$

模型中e＝(1，1L 1)^T∈R^s，R^s表示对应s个输出指标的单位向量，θ表示综合有效系数，ε为非阿基米德无穷小量，S⁺表示输出指标的非负偏差变量

S^-表示输入指标的非负偏差变量

决策单元的输入向量记为X_j＝(x_1j，x_2j，Λx_mj)^T，输出向量记为Y_j＝(y_1j，y_2j，Λy_sj)^T，x_ij表示第j个项目的第i个输入指标值，y_rj表示第j个项目的第r个输出指标值，X₀、Y₀分别为决策单元DMU₀的输入向量值和输出向量值；λ_j为各优化方案系数，V_D为线性规划的最优值，i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n；r＝1，2，...，s，m、n和s的取值为正整数。

所述方法还包括：

建立重构优化的相对有效性DEA模型：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min [\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}(e^T{S}^{-}+e^T{S}^{+})]=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},k,k+1,k+2\end{array}\right.$

所述DEA模型计算出来的有效决策单元数记为k，新引入的单元分别记为DMU_k+1，DMU_k+2，总的决策单元数目为k+2，k的取值为正整数。

所述对不满足绿色生态标准的参数进行调整具体为：

对所述交通安全参数U₁的改进、对所述降噪参数U₂的改进、对所述空间伸缩参数U3的改进、对所述道路绿化参数U₄的改进、对所述视觉美感参数U₅的改进、对所述公众满意度函数U₆的改进和对所述土地利用参数U₇的改进。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，本方法建立了绿色生态型城市道路横断面，通过对不满足降噪效果和绿化效果的道路等进行改进，本方法降低了道路的噪声，提高了路面自身的降噪能力、提高了道路的绿化效果等。

附图说明

图1为本发明提供的影响绿色生态型城市道路横断面评价指标的示意图；

图2为本发明提供的建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的示意图；

图3为本发明提供的天津滨海新区中新天津生态城的双向六车道城市主干路横断面的示意图；

图4为本发明提供的天津中心渔港的双向六车道城市主干路横断面的示意图；

图5为本发明提供的天津西区的双向六车道城市主干路横断面的示意图；

图6为本发明提供的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例基于模糊重构DEA的绿色生态型城市道路横断面优化体系，包括以绿色生态为导向的评价指标体系、基于模糊重构DEA的评价模型和基于评价指标体系的各指标重点改进措施。绿色生态型城市道路横断面评价指标包括交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、视觉美感、公众满意度和土地利用七个方面；基于模糊重构DEA的评价模型采用定量计算和定性专家打分法对二级指标进行评价，运用判断矩阵确定各指标的权重，采用模糊评价的方法确定各指标最终值，参见图1、图2和图6详见下文描述：

101：通过二元对比倒数法，运用判断矩阵获取机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、步行道至建筑红线宽度的权重和行车道绿带宽度的权重；

其中，机动车道宽度的权重由外侧车道权重、内侧车道权重和中间车道权重确定，采用AHP分析法的二元对比倒数法，运用判断矩阵，确定不同位置车道宽度的权重集，计算结果：对于某一比较层，其评判指标集合为A＝{a₁，a₂，….，a_i，…，a_n}，按各指标对于上一级指标的影响大小，把各评判指标进行两两比较，并赋以确定值，以a_ij表示a_i对a_j的重要性。本发明实施例采用如表1表示的1～9比例标度规则。

表1判断矩阵标度a_ij含义

确定权重的主要步骤如下：

①构造判断矩阵，其中判断矩阵具有如下性质：a_ij＞0，a_ij＝1/a_ji，a_ij表示因素i与因素j相比i的重要性，a_ji表示因素j与因素i相比j的重要性。以行道树绿带宽度、步行道至建筑红线的宽度对降噪的影响为例，步行道至建筑红线的宽度i与行道树绿带宽度j相比，步行道至建筑红线的宽度具有“明显”重要性，a_ij＝5、a_ji＝1/5。

②计算判断矩阵每一行元素的和M_i；

③计算M_i的n次方根对向量

进行正规化处理，即得到权重。

${\mathrm{\ω}}_i=\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}$

通过上述计算得到外侧车道、内侧车道和中间车道的权重分别为0.428、0.335和0.237；步行道至建筑红线u₂₁宽度、行车道绿带宽度u₂₂的权重分别为0.69和0.31。其中，道路分隔的权重和道路照明的权重由对交通安全的影响评价确定，最终得到的机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重分别为0.428、0.335和0.237。

102：通过机动车道宽度、道路分隔、道路照明对道路的交通安全的评价标准，获取不同方案机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂、道路照明参数u₁₃三个二级指标的评语参数值；

评语集是评估者对评估事物可能做出的评估结果的一个集合，用V表示，V＝{V₁，V₂，V₃，...，V_m}。V_m(m＝1，2，...，m)表示不同的评价等级，本发明实施例采用的评语参数值见表2。

表2评语参数值

评语	优	良	中	次	差
						分值	90～100	80～90	60～80	50～60	0～50

依据本发明实施例提出的机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃对道路交通安全的评价标准，确定不同方案机动车道宽度u₁₁、道路分隔参数u₁₂、道路照明参数u₁₃三个二级参数的评语参数值，其中，具体评价时取最大值，例如：当评语为优时，分值区间为90～100，取最大值为100；同理，当评语为良时，分值区间为80～90，取最大值为90。

103：获取步行道至建筑红线的宽度值及行车道绿带宽度值；

即确定根据实际应用中的步行道至建筑红线的宽度及行道树绿带宽度。

104：通过机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃的评语参数值，获取交通安全参数U₁的最终值；

其中，U₁＝{u₁₁，u₁₂，u₁₃}＝{机动车道宽度参数，道路分隔参数，道路照明参数}。交通安全问题是城市道路横断面评价的重要指标，机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃对道路安全性的影响如下所示：

(1)通过对机动车道宽度对交通安全的影响进行分级获取机动车道宽度参数u₁₁；

以研究推荐的城市道路路段机动车道宽度标准为依据，机动车道宽度对交通安全的影响，采用5个评语组成的评语集，即V＝(V₁，V₂，...，V₅)＝(优，良，中，次，差)，则对应的评价标准见表3。

表3不同位置机动车道宽度对交通安全的影响评价

从外侧车道、内侧车道与中间车道对道路安全性的影响程度看，外侧车道与内侧车道相比，外侧车道具有“稍微”重要性；内侧车道与中间车道相比，内侧车道具有“明显”重要性；外侧车道与中间车道相比，外侧车道具有“非常”重要性。

(2)通过对道路分隔对交通安全的影响进行分级获取道路分隔参数u₁₂；

城市道路横断面形式的道路分隔与道路安全紧密联系、息息相关。采用不同道路分隔的横断面形式对交通安全的影响，评价标准见4。

表4道路分隔对交通安全的影响评价

道路等级	四幅路	三幅路	双幅路	单幅路
					评语	优	良	良	次

(3)通过对道路照明对交通安全的影响进行分级获取道路分隔参数u₁₃；

目前路段常规道路照明灯具设施布置的基本形式包括照明灯具单侧设置、照明灯具中心设置和照明灯具两侧设置三种形式，不同道路照明形式对交通安全的影响，评价标准见表5。

表5道路照明对交通安全的影响评价

照明灯具设置形式	单侧设置	中心设置	两侧设置
				评语	次	中	优

从机动车道宽度、道路分隔和道路照明的影响程度看，车道宽度与道路分隔相比，车道宽度具有“稍微”重要性；道路分隔与道路照明相比，道路分隔具有“明显”重要性；车道宽度与道路照明相比，外侧车道具有“非常”重要性。

(4)通过机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃获取交通安全参数U₁。

105：通过步行道至建筑红线宽度的权重、行车道绿带宽度的权重、步行道至建筑红线的宽度值及行车道绿带宽度值获取降噪参数U₂的最终值；

其中，U₂＝{u₂₁，u₂₂}＝{步行道至建筑红线的宽度参数，行车道绿带宽度参数}；降噪能力是评价城市道路横断面的重要指标。行车道绿带宽度及步行道至建筑红线的宽度是影响横断面降噪能力的主要因素。从行车道绿带宽度和步行道至建筑红线的宽度对降噪的影响程度看，行车道绿带宽度与步行道至建筑红线的宽度相比，步行道至建筑红线的宽度具有“明显”重要性。

106：通过满足空间伸缩条件的个数获取空间伸缩参数U₃的最终值；

其中，U₃＝{满足空间伸缩条件的个数}，空间伸缩从大的方面，存在两种情况：拓宽机动车道(路段和交叉口)和设置港湾式公交停靠站。

拓宽机动车道的适用情况：

①当道路非机动车道大于5m时，可以完全压缩非机动车道，拓宽机动车道；

②当人行道宽度大于5m时，道路可压缩人行道，拓宽机动车道；

③当道路非机动车道宽度大于3.5m且人行道宽度大于4m时，可以压缩非机动车道与人行道，拓宽机动车道；

④当中央分隔带宽度大于8m时，可压缩中央分隔带进行机动车道拓宽。

⑤当机非分隔带宽度大于6m时，可压缩机非分隔带进行机动车道拓宽；

港湾式公交停靠站的设置条件：

①人行道宽度大于6.5m，没有机非分隔带或分隔带很窄(小于2m)时，可占用人行道设置港湾式公交停靠站；

②若机非分隔带大于2.0m且小于4.0m，港湾式公交停靠站可沿机非分隔带设置，但要压缩机动车道宽度；

③机非分隔带宽度大于或等于4.0m，可沿机非分隔带设置港湾式公交停靠站。

存在机动车道拓宽和设置港湾式公交停靠站的每种情况是等价的，无优良中差之分；空间伸缩的情况越多，横断面形式越优。城市道路横断面的空间伸缩用满足以上条件的个数来评价。例如，人行道宽度大于5m且机非分隔带宽度大于6m时，满足空间伸缩条件的个数为2，空间伸缩评价指标为2。

107：根据道路绿化总宽度和道路红线宽度获取道路绿化率参数U₄的最终值；

其中，U₄＝{道路绿地率}，道路绿化包括分车绿带(中央分车绿带和两侧分车绿带)、行道树绿带和路侧绿带。一般把道路绿地率作为评价城市道路横断面绿化水平的指标，且道路绿地率越大越好，计算道路绿化率如下所示：

道路绿化率(％)＝道路绿化总宽度/道路红线宽度。

108：通过道路宽度与建筑高度的比值获取视觉美感参数U₅的最终值；

其中，城市道路横断面设计的视觉美感参数U₅用道路宽度D与建筑高度H的比D/H来表示，不同道路宽度D与建筑高度H的比D/H，对应城市道路横断面的视觉美感的评价标准见表6。

表6道路宽度D与建筑高度H比的标尺

D/H	＜1	1～2	2～3	3～4	＞4
						评语	次	优	良	中	次

109：采用模糊评价的方法，邀请专家通过对交通出行速度和道路对环境影响进行打分获取公众满意度参数U₆的最终值；

其中，居民(公众)是城市道路交通运行的受益者，是城市道路的“顾客”，城市道路横断面应当“以公众满意为导向”，公众满意是城市道路横断面设计的核心。同时居民出行是否舒适、方便、快捷，直接反映出城市道路的服务水平，他们的满意度是检验城市道路横断面服务质量的标尺。在此，本发明实施例将公众满意度作为评估绿色生态型城市道路横断面的重要指标。在城市道路横断面评价体系中，公众满意度属于定性指标。本发明实施例采用专家打分法，邀请10位专家对各优化方案的公众满意度指标进行评价。根据心理学家提出，人们区分信息等级的极限能力为7±2。公众对城市道路横断面的满意度，采用5个评语组成的评语集，对应的评价标准见表7。

表7公众满意度分级定义对照表

其中，该步骤具体为：专家对第j方案的第i个因素进行评估，然后再计算r_ij。

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\ΣN}}$

其中r_ij表示专家评估第j方案的第i因素视为某一风险层次的相应的权重；N_ij表示把第j方案的第i因素视为同一风险层次的专家人数；∑N表示专家的总数。

由下式得出模糊关系矩阵R_i：

$R_i={\mathrm{\ω}}_i\·\left|\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \·\·\·& r_{1j}\\ r_{21}& r_{22}& \·\·\·& r_{2j}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ r_{i1}& r_{i2}& \·\·\·& r_{\mathrm{ij}}\end{array}\right|$

最终评价结果为：

W_i＝R_i·V^T，V＝{V₁，V₂，V₃，...，V_m}，m的取值为正整数，V_m表示不同的评价等级。

110：通过对道路红线宽度的分级获取土地利用参数U₇的最终值；

城市道路横断面的土地利用用道路红线宽度评价，评价标准见表8。

表8土地利用分级标准

分级	土地利用参数
		优	快速路道路红线宽≤50m，主干道≤40m，支路≤20m
良	50＜快速路道路红线宽≤55m，40＜主干道≤45m，20＜支路≤22m
		中	55＜快速路道路红线宽≤60m，45＜主干道≤50m，22＜支路≤24m
次	60＜快速路道路红线宽≤65m，50＜主干道≤55m，24＜支路≤26m
		差	快速路道路红线宽＞65m，主干道＞55m，支路＞26m

111：将土地利用参数U₇作为输入指标，将交通安全参数U₁、降噪参数U₂、空间伸缩参数U₃、道路绿化参数U₄、视觉美感参数U₅和公众满意度参数U₆作为输出指标；

本发明实施例根据城市道路横断面形式影响因素的特点，交通安全参数U₁、降噪参数U₂、空间伸缩参数U₃、道路绿化参数U₄、视觉美感参数U₅、公众满意度参数U₆的取值是越大越好，土地利用参数U₇的取值是越小越好。对于新建的绿色生态型城市道路横断面，从绿色、生态的角度，将土地利用参数U₇作为输入指标，将交通安全参数U₁、降噪参数U₂、空间伸缩参数U₃、道路绿化参数U₄、视觉美感参数U₅和公众满意度参数U₆作为输出指标。城市道路横断面评价时可以根据实际情况选择7个因素中的某几个。

112：根据交通安全参数U₁的最终值、降噪参数U₂的最终值、空间伸缩参数U₃的最终值、道路绿化参数U₄的最终值、视觉美感参数U₅的最终值、公众满意度参数U₆的最终值及土地利用参数U₇的最终值获取DEA模型；

传统DEA求解：假定共有n个被评价的城市道路横断面优化方案，每个决策单元DMU都有m种类型的输入(表示对资源的耗费)以及s种类型的输出(表明成效的信息量)。决策单元的输入向量记为X_j＝(x_1j，x_2j，Λx_mj)T，输出向量记为Y_j＝(y_1j，y_2j，Λy_sj)T，这里用x_ij表示第j个项目的第i个输入指标值，y_rj表示第j个项目的第r个输出指标值(i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n；r＝1，2，...，s)。用V＝(v₁，v₂，Λv_n)^T表示输入权重向量；U＝(u₁，u₂，Λu_n)^T表示输出权重向量。对m种输入指标引进m个非负偏差变量：

i＝1，2，...，m。对s种输出指标引进s个非负偏差变量：

r＝1，2，...，s。为方便，记为：

确定第j个优化方案的评价指数。采用带有非阿基米德无穷小以及松弛变量的线性规划模型，具体模型如下：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min (\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}({\hat{e}}^T{S}^{-}+{\hat{e}}^T{S}^{+})=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},n\end{array}\right.$

模型中ε为非阿基米德无穷小量，是一个大于零而小于任何正数的数，通常取0.00001；

X₀、Y₀分别为决策单元DMU₀的输入向量值和输出向量值；λ_j为各优化方案系数，j＝1，L，n。V_D为线性规划的最优值。若上式综合有效系数θ＝1，则第j个优化方案为弱DEA有效；若在上述条件下，对于它对应的每个最优解 ${\mathrm{\λ}}^0={({\mathrm{\λ}}_1^0,{\mathrm{\λ}}_2^0,\mathrm{\Λ}{\mathrm{\λ}}_n^0)}^T,$ $s_1^{0-},$ $S^{0+}=(s_1^{0+},s_2^{0+},s_3^{0+},s_4^{0+},s_5^{0+},s_6^{0+}),$ 均有 $s_1^{0-}=s_1^{0+}=s_2^{0+}=s_3^{0+}=s_4^{0+}=s_5^{0+}=s_6^{0+}=0,$ 则第j个优化方案为DEA有效；若θ＜1则第j个优化方案为DEA无效。

若综合有效系数等于1的决策单元较多，需对传统DEA模型计算出综合有效系数排序，剔除综合有效系数θ小于1的决策单元(即非DEA有效的单元)，在优化方案有效决策单元的基础上引入两个虚拟决策单元，即最优决策单元和最差决策单元，进行再评价，此时，总的决策单元数目为传统DEA模型计算出来的有效决策单元数，记为k。新引入的单元分别记为DMU_k+1，DMU_k+2。此时，总的决策单元数目为k+2，其中k为实际决策单元数目。以k+2个决策单元为基础，建立重构优化的相对有效性DEA模型为：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min [\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}(e^T{S}^{-}+e^T{S}^{+})]=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},k,k+1,k+2\end{array}\right.$

式中，e＝(1，1L 1)^T∈R^s，R^s表示对应s个输出指标的单位向量，θ表示综合有效系数，ε为非阿基米德无穷小量，S⁺表示输出指标的非负偏差变量

S^-表示输入指标的负偏差变量

决策单元的输入向量记为X_j＝(x_1j，x_2j，Λx_mj)^T，输出向量记为Y_j＝(y_1j，y_2j，Λy_sj)^T，x_ij表示第j个项目的第i个输入指标值，y_rj表示第j个项目的第r个输出指标值，X₀、Y₀分别为决策单元DMU₀的输入向量值和输出向量值；λ_j为各优化方案系数，V_D为线性规划的最优值，i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，k+2；r＝1，2，...，s，m、n、s和k的取值为正整数。显然，DMU_k+1相对于其他决策单元是DEA有效的，其效率评价指数必为1。则应选取除DMU_k+1之外的其他方案中综合有效系数最大的方案为最佳方案。

113：对DEA模型进行分析，分别判断交通安全参数U₁的最终值、降噪参数U₂的最终值、空间伸缩参数U₃的最终值、道路绿化参数U₄的最终值、视觉美感参数U₅的最终值、公众满意度参数U₆的最终值和土地利用参数U₇的最终值是否满足绿色生态标准，如果是，执行步骤114；如果否，执行步骤115；

114：流程结束；

115：对不满足绿色生态标准的参数进行调整，流程结束。

其中，对绿色生态型城市道路横断面评价结果进行分析，对非负偏差变量的各项指标提出相应的改进措施，评价体系指标相应的具体改进措施如下：

1、交通安全参数U₁的改进措施

1)机动车道宽度改进措施中，对快速路应尽量使内侧车道宽度3.25m，中间车道宽度3.5m，外侧车道宽度3.75m；主干路内侧车道宽度3.25m，中间车道宽度3.25或3.5m，外侧车道宽度3.5或3.75m；次干路内侧车道宽度3.0或3.25m，中间车道宽度3.25m，外侧车道宽度3.5或3.75m；支路内侧车道宽度3.0m，中间车道宽度3.25m，外侧车道宽度3.5m。

2)道路分隔改进措施，尽可能采用三幅和四幅的断面形式。中央分隔带避免了对向行驶车辆的相互干扰，两侧分隔带解决了机动车和非机动车相互干扰的矛盾，同时分隔带还起行人过街的安全岛作用。

3)道路照明改进措施，照明灯具布置形式采用两侧设置，加密灯杆，提高均匀度，同时降低照度。

2、降噪参数U₂的改进措施

降噪效果重点改进措施可以通过增加行车道绿带宽度u₂₂和步行道至建筑红线u₂₁的宽度来实现。在保证交通视距的情况下，车行道与步行道之间设置3-4米的绿化分隔带，种植高密度的灌木，同时步行道至建筑红线设置8-12米的绿化带，通过种植绿化的密度和高低过渡来降低和吸收行车噪音。

3、空间伸缩参数U3的改进措施

空间伸缩重点改进措施包括拓宽机动车道和设置港湾式公交停靠站，可以通过占用人行道、压缩非机动车道、占用机非分隔带和压缩中央分隔带来实现。例如：机非分隔带宽度大于或等于4.0m，可沿机非分隔带设置港湾式公交停靠站；中央分隔带宽度大于8m时，可压缩中央分隔带进行机动车道拓宽；非机动车道(人行道)宽度大于5m时，道路可压缩人行道，拓宽机动车道。

4、道路绿化参数U₄的改进措施

提高道路绿化率。在不影响道路红线宽度的前提下，尽可能地增加包括分车绿带(中央分车绿带和两侧分车绿带)、行车道绿带和路侧绿带在内的道路绿化总宽度。主干路上的分车绿带宽度不宜小于2.5m；行道树绿带宽度不得小于1.5m；路侧绿化带宽度最少4～6米。

5、视觉美感参数U₅的改进措施

控制道路宽度D，使道路宽度与建筑高度的比D/H在1～2范围内。

6、公众满意度函数U₆的改进措施

通过贯彻城市可持续发展的理念，从“以车为本”到“以人为本”，创建以行人、自行车和公共交通等节能环保型绿色交通系统为主导的交通发展模式，绿色生态型城市道路横断面为步行和自行车慢性交通系统和公共交通服务，使居民的交通出行舒适、方便、便捷，并改善城市环境。

7、土地利用参数U₇的改进措施

即在满足道路使用功能的前提下，通过尽可能地减小道路红线宽度来实现。

下面结合具体实例对本发明实施例作进一步详细描述，详见下文描述：

参见图3、图4和图5，天津滨海新区中新天津生态城、中心渔港和西区，选取的双向六车道城市主干路横断面优化方案，此三个方案适用的交通流特性相同，适宜进行对比。

中新天津生态城横断面布置：道路红线宽度65m，四幅路形式，5m慢行通道+3m机非分隔带+11m机动车道+3m中央分隔带+11m机动车道+3m机非分隔带+5m慢行通道，两侧各加12m绿化带。

中心渔港横断面布置：道路红线宽度45m，三幅路形式，5m慢行通道+23m机动车道+5m慢行通道，两侧各加6m绿化带。

西区横断面布置：道路红线宽度60m，两幅路形式，12m机动车道+12m中央分隔带+12m机动车道，两侧各加12m路侧绿化带(含人行道)。

(A)输入、输出指标的选取

对推荐方案的优化，突出绿色、生态的目的，选择土地利用参数U₇作为输入指标，将交通安全参数U₁、降噪参数U₂、空间伸缩参数U₃、道路绿化参数U₄和公众满意度参数U₆作为输出指标土地利用为输入指标，因视觉美感参数U₅需考虑两侧的建筑高度故暂不作为输出指标，有条件时可以考虑。

(B)二级指标模糊评价

天津滨海新区中新天津生态城、中心渔港和西区典型城市道路横断面方案，外侧车道、中间车道与内侧车道的宽度见图3、图4和图5，根据不同位置机动车道宽度对交通安全的影响评价表，机动车宽度评价情况见表9。

表9优化方案不同位置机动车宽度评价情况

根据评价指标体系所述，内侧车道、中间车道与外侧车道的权重分别为0.335、0.237、0.428。机动车宽度影响交通安全的评价值为：

$u_{11}=\left|\mathrm{0.335,0.237,0.428}\right|\·\left|\begin{array}{ccc}100& 90& 90\\ 100& 100& 90\\ 100& 100& 100\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}100& 93.65& 94.28\end{array}\right|$

机动车宽度影响交通安全的评价值：方案一为100，方案二为96.65；方案三为94.28。

(2)评分值的计算

三个方案交通安全指标评价结果见表10。交通安全最终评价值为：

$R=\left|\mathrm{0.428,0.335,0.237}\right|\·\left|\begin{array}{ccc}100& 96.65& 94.28\\ 100& 90& 90\\ 90& 100& 100\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}97.63& 95.22& 94.20\end{array}\right|$

表10优化方案交通安全指标评价因子情况

三个方案降噪水平评价情况见表11，降噪水平最终评价值为：

$R=\left|\mathrm{0.69,0.31}\right|\·\left|\begin{array}{ccc}12& 6& 9\\ 3& 1.5& 0\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}9.21& 4.60& 6.21\end{array}\right|$

表11优化方案降噪水平评价因子情况

评估因子	方案一	方案二	方案三
				步行道至建筑红线的宽度	12	6	9
行道树绿带宽度	3	1.5	0

空间伸缩参数：三个横断面优化方案，空间伸缩参数的最终评价值为2/2/3。

道路绿化参数：三个方案的道路绿化总宽度分别为33/13.5/30(m)，道路红线宽度分别为65/45/60(m)，计算得道路绿化率(％)分别为50.8/30/50。

公众满意度参数：邀请10位专家为中新天津生态城、中心渔港和西区典型城市道路横断面的公众满意度指标进行评价，具体情况见表12。采用模糊矩阵计算，三个方案的公众满意度最终评价值为：

$R=\left|\begin{array}{ccccc}0.5& 0.3& 0.2& 0& 0\\ 0.3& 0.4& 0.2& 0.1& 0\\ 0.2& 0.2& 0.4& 0.1& 0.1\end{array}\right|\·\left|\begin{array}{c}100\\ 90\\ 80\\ 60\\ 50\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}93& 88& 81\end{array}\right|$

表12优化方案公众满意度专家评价情况

土地利用参数：城市道路横断面的土地利用用道路红线宽度评价，三个方案的道路红线宽度分别为65/45/60(m)。

(C)传统DEA求解

天津滨海新区中新天津生态城、中心渔港和西区，三个城市道路典型横断面方案的优化，突出绿色、生态的目的，输入指标土地利用，输出指标交通安全、降噪、空间伸缩、道路绿化、公众满意度，具体指标见表13，采用MATLAB对模型进行求解，计算结果见表14。

表13优化指标确定

表14DEA优化计算结果

序号	θ	S-	S1+	S2+	S3+	S4+	S5+	λ1	λ2	λ3	MIN
												方案一	1	0	0	0	0	0	0	1	-2.7E-10	3.64E-11	1
方案二	1	0	0	0	0	0	0	1.57E-15	1	0	1
												方案三	1	0	0	0	0	0	0	3.36E-08	0	1	1

从表14传统的DEA模型对中新天津生态城、中心渔港和西区城市道路横断面方案评价结果，可以看出：三个方案的综合有效指数θ均为1，且有

则三个决策方案DEA有效。事实上方案应该存在优劣之分，而传统DEA项目方案不能加以有效区分排序，因此需进一步采用重构优化DEA方法分析。

(D)重构优化DEA求解

在总决策单元基础上又引入两个虚拟单元以区分有效单元优劣，而本部分在剔除无效单元的情况下，重构有效决策单元的DEA模型，更加简单地实现区分有效决策单元之间差异程度的目标。

重构优化DEA模型：剔除综合有效系数小于1决策单元，保留传统DEA模型计算出的有效决策单元，在有效决策单元的基础上引入两个虚拟决策单元，即最差决策单元和最优决策单元，分别为方案四和方案五，重构优化DEA模型具体指标见表15。

应该注意，最优决策方案相对于其他决策方案肯定是DEA模型有效的，其效率评价指数必为1，则应选取除方案五之外的其他方案中综合有效系数最大的方案为最佳方案。采用MATLAB对模型进行编程求解，计算结果见表16。

表15优化指标确定

表16DEA优化计算结果

方案	一	二	三	四	五
						θ	0.69	0.98	1	0.97	1
S1 0-	0	0	0	0	0
						S1 0+	0	0	0	0	0
S2 0+	0	4.383	0	1.23	0
						S3 0+	1	0.926	0	0	0
S4 0+	0	19.55	0	0.97	0
						S5 0+	0	2.704	0	11.24	0

λ1	0	0	0	0	0
						λ2	-1.40E-15	0	0	6.57E-06	2.71E-15
λ3	0	3.77E-07	0.999999	9.39E-07	0
						λ4	1.76E-15	8.21E-07	7.44E-07	0.999992	0
λ5	1	0.975314	1.25E-06	2.80E-07	1
						MIN	0.69	0.98	1	0.97	1

由表16重构优化DEA对中新天津生态城、中心渔港和西区城市道路横断面方案评价结果，可以看出：方案五为重构的最优方案；方案三综合有效系数θ＝1，且有

则第三个西区横断面方案为DEA有效。即西区横断面方案最佳。从表16可以看出，对方案一中新天津生态城横断面布置，指标三的偏差变量因此中新天津生态城横断面需要在空间伸缩方面进行优化，机非分隔带3m略窄，从利用侧分带设置港湾式公交停靠站角度考虑，建议加大至4m。

综上所述，本发明实施例提供了一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，本方法建立了绿色生态型城市道路横断面，通过对不满足降噪效果和绿化效果的道路等进行改进，本方法降低了道路的噪声，提高了路面自身的降噪能力、提高了道路的绿化效果等。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)通过二元对比倒数法，运用判断矩阵获取机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、步行道至建筑红线宽度的权重和行车道绿带宽度的权重；

(2)通过机动车道宽度、道路分隔、道路照明对道路的交通安全的评价标准，获取不同方案机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂、道路照明参数u₁₃三个二级指标的评语参数值；

(3)获取步行道至建筑红线的宽度值及行车道绿带宽度值；

(4)通过所述机动车道宽度的权重、所述道路分隔的权重、所述道路照明的权重、所述机动车道宽度参数u₁₁、道路分隔参数u₁₂和道路照明参数u₁₃的评语参数值，获取交通安全参数U₁的最终值；

(5)通过所述步行道至建筑红线宽度的权重、所述行车道绿带宽度的权重、所述步行道至建筑红线的宽度值及所述行车道绿带宽度值获取降噪参数U₂的最终值；

(6)通过满足空间伸缩条件的个数获取空间伸缩参数U₃的最终值；

U₃＝{满足空间伸缩条件的个数}；

(7)根据道路绿化总宽度和道路红线宽度获取道路绿化率参数U₄的最终值；

道路绿化率参数U₄的最终值(％)＝道路绿化总宽度/道路红线宽度；

(8)通过道路宽度与建筑高度的比值获取视觉美感参数U₅的最终值；

(9)采用模糊评价的方法，邀请专家通过对交通出行速度和道路对环境影响进行打分获取公众满意度参数U₆的最终值；

(10)通过对所述道路红线宽度的分级获取土地利用参数U₇的最终值；

(11)将所述土地利用参数U₇作为输入指标，将所述交通安全参数U₁、所述降噪参数U₂、所述空间伸缩参数U₃、所述道路绿化率参数U₄、所述视觉美感参数U₅和所述公众满意度参数U₆作为输出指标；

(12)根据所述交通安全参数U₁的最终值、所述降噪参数U₂的最终值、所述空间伸缩参数U₃的最终值、所述道路绿化率参数U₄的最终值、所述视觉美感参数U₅的最终值、所述公众满意度参数U₆的最终值及所述土地利用参数U₇的最终值获取DEA模型；

(13)对所述DEA模型进行分析，分别判断所述交通安全参数U₁的最终值、所述降噪参数U₂的最终值、所述空间伸缩参数U₃的最终值、所述道路绿化率参数U₄的最终值、所述视觉美感参数U₅的最终值、所述公众满意度参数U₆的最终值和所述土地利用参数U₇的最终值是否满足绿色生态标准，如果是，执行步骤(14)；如果否，执行步骤(15)；

(14)流程结束；

(15)对不满足绿色生态标准的参数进行调整，流程结束。

2.根据权利要求1所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述机动车道宽度的权重由外侧车道权重、内侧车道权重和中间车道权重确定。

3.根据权利要求1所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述通过二元对比倒数法，运用判断矩阵获取机动车道宽度的权重、道路分隔的权重、道路照明的权重、步行道至建筑红线宽度的权重和行车道绿带宽度的权重具体为：

对于所述交通安全参数U₁＝{u₁₁，u₁₂，u₁₃}＝{机动车道宽度参数，道路分隔参数，道路照明参数}；所述降噪参数U₂＝{u₂₁，u₂₂}，按各指标对于上一级指标的影响大小把各评判指标进行两两比较，并赋以确定值，以aij表示i对j的重要性；aji表示j对i的重要性；i、j和n的取值为正整数；

构造判断矩阵，a_ij＞0，a_ij＝1/a_ji；

计算判断矩阵每一行元素的和M_i；

计算M_i的n次方根

对向量

进行正规化处理，即得到权重；

${\mathrm{\ω}}_i=\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_i}.$

4.根据权利要求3所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述采用模糊评价的方法，邀请专家通过对交通出行速度和道路对环境影响进行打分获取公众满意度参数U₆的最终值具体为：

专家对第j个方案的第i个因素进行评估，然后再计算r_ij；

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\ΣN}}$

其中r_ij表示专家评估第j方案的第i因素视为某一风险层次的相应的权重；N_ij表示把第j方案的第i因素视为同一风险层次的专家人数；∑N表示专家的总数；

由下式得出模糊关系矩阵R_i：

$R_i={\mathrm{\ω}}_i\·\left|\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \·\·\·& r_{1j}\\ r_{21}& r_{22}& \·\·\·& r_{2j}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ r_{i1}& r_{i2}& \·\·\·& r_{\mathrm{ij}}\end{array}\right|$

最终值的评价结果为：

W_i＝R_i·V^T，V＝{V₁，V₂，V₃，...，V_m}，m的取值为正整数，V_m表示不同的评价等级。

5.根据权利要求1所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述DEA模型具体为：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min (\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}({\hat{e}}^T{S}^{-}+{\hat{e}}^T{S}^{+})=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},n\end{array}\right.$

模型中e＝(1，1L 1)^T∈R^s，R^s表示对应s个输出指标的单位向量，θ表示综合有效系数，ε为非阿基米德无穷小量，S⁺表示输出指标的非负偏差变量S^-表示输入指标的非负偏差变量

决策单元的输入向量记为X_j＝(x_1j，x_2j，Λx_mj)^T，输出向量记为Y_j＝(y_1j，y_2j，Λy_sj)^T，x_ij表示第j个项目的第i个输入指标值，y_rj表示第j个项目的第r个输出指标值，X₀、Y₀分别为决策单元DMU₀的输入向量值和输出向量值；λ_j为各优化方案系数，V_D为线性规划的最优值，i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n；r＝1，2，...，s，m、n和s的取值为正整数。

6.根据权利要求5所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立重构优化的相对有效性DEA模型：

$\left(D\right)\left\{\begin{array}{c}\min [\mathrm{\θ}-\mathrm{\ϵ}(e^T{S}^{-}+e^T{S}^{+})]=V_D\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{X}_j{\mathrm{\λ}}_j+S^{-}=\mathrm{\θ}{X}_0\\ \underset{j=1}{\overset{k+2}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j{\mathrm{\λ}}_j-S^{+}=Y_0\\ {\mathrm{\λ}}_j\≥0,j=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},k,k+1,k+2\end{array}\right.$

所述DEA模型计算出来的有效决策单元数记为k，新引入的单元分别记为DMU_k+1，DMU_k+2，总的决策单元数目为k+2，k的取值为正整数。

7.根据权利要求1所述的一种建立及其改进绿色生态型城市道路横断面的方法，其特征在于，所述对不满足绿色生态标准的参数进行调整具体为：

对所述交通安全参数U₁的改进、对所述降噪参数U₂的改进、对所述空间伸缩参数U3的改进、对所述道路绿化参数U₄的改进、对所述视觉美感参数U₅的改进、对所述公众满意度函数U₆的改进和对所述土地利用参数U₇的改进。

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