CN108446490A - 一种开放小区式道路优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开放小区式道路优化设计方法，选取多个影响道路通行能力的指标，采取层次分析法建立小区开放对道路通行的影响分层次模型；整理搜集的数据，对开放小区式道路的其中任一路段不同时间点的车流量分析，建立非线性最小二乘拟合模型，对生成的函数用插值方法拟合对比，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图，研究小区开放对周边道路通行的影响；分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系。本发明可以根据已经建立的模型和得到的结论，向政府规划部门提出关于开放小区选址以及开放小区规划的合理性建议，可以更好的应用于城市建设，道路优化。

Description

一种开放小区式道路优化设计方法

技术领域

本发明涉及城市交通规划领域，特别是一种开放小区式道路优化设计方法。

背景技术

如今私家车等交通工具以其快速舒适灵活的特点成为居民出行的主要交通方式，汽车数量大幅增加，致使交通通行问题成为一大焦点，而开放式小区相对于封闭小区而言，可以更多的推动发展开放便捷、尺度适宜、邻里和谐的生活街区，可以解决城市支路毛细血管不通畅的问题，并改善城市道路的微循环。政府要打开那些由历史原因造成的单位大院和超大的封闭小区，例如工厂大院、职工住宅小区、科研楼等。

小区开放后会对周边的道路通行产生一定的影响，可以保障周边路网运行通畅，使居民的有效出行得到满足，实现小区开放和周边路网的协调发展。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种开放小区式道路优化设计方法，优化城市道路交通，促进城市交通循环，打破原有的交通治理思路，以及规划思路。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种开放小区式道路优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一，选取多个影响道路通行能力的指标，采取层次分析法建立小区开放对道路通行的影响分层次模型；

步骤二，在步骤一的基础上，整理搜集的数据，对开放小区式道路的其中任一路段不同时间点的车流量分析，建立非线性最小二乘拟合模型，对生成的函数用插值方法拟合对比，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图，研究小区开放对周边道路通行的影响；

步骤三，分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系。

进一步，在步骤一中建立的小区开放对道路通行的影响分层次模型中，以小区开放对道路通行的影响为目标层，周边路网、车辆通行、公交公共服务水平为准则层，以路段情况、交叉口数量、汽车排队长度、车辆延误时间、车流量、V/C为指标层，通过对各指标权重系数大小的计算与判断，确立出合适的评价体系；然后运用层次分析法确定道路高峰小时饱和度、小区出入口连接方式、公共交通高峰小时负荷量系数影响权重系数。

进一步，所述步骤二的具体步骤如下：

a.建立非线性最小二乘拟合模型，运用MATLAB程序，假设有一组数据x_iy_i(i＝1,2,3,L,N)，且已知该组数据满足某一函数原型：

其中T＝6·t_ABC+6·t_ABC＝1392

为待定系数向量，则最小二乘曲线拟合的目标就是求出这一组待定系数的值，使得目标函数：

为最小，通过MATLAB程序中的最优化工具箱中的lsqcurvefit()函数解决最小二乘曲线拟合，lsqcurvefit()函数的调用格式为：

[a,Jm]＝lsqcurvefi t(Fun,a₀,x,y)

其中,Fun为原型函数的在MATLAB程序中的表示，Fun为M-函数或inline()函数；

a₀为最优化的初值，x,y为原始输入输出数据向量，调用该函数Fun则将返回待定系数向量a以及在此待定系数下的目标函数的值Jm；

b.采用插值法对步骤a得到的目标函数进行数据分析，在MATLAB程序中运用inter1()进行一维多项式插值，其中inter1()的插值方法采用spline三次样条插值拟合，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图及函数模型。

进一步，在步骤三中分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系，根据已经建立的模型和得到的结论，向政府规划部门提出关于开放小区选址以及开放小区规划的合理性建议。

进一步，在对所述步骤二a中的非线性最小二乘拟合模型进行插值之间先进行F检验，具体步骤如下：

F统计量为：

给出显著性水平a自由度df₁＝p,df₂＝n-p-1，查F分布表，得相应的临界值：

F_a＝(p,n-p-1)，若F>F_a＝(p,n-p-1)，说明效果显著：若F<F_a＝(p,n-p-1)，效果不显著。

与现有技术相比，本发明可以根据已经建立的模型和得到的结论，向政府规划部门提出关于开放小区选址以及开放小区规划的合理性建议，可以更好的应用于城市建设，道路优化。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明建立的小区开放对道路通行的影响分层次模型图。

图3为本发明建立的二维正态函数模型图。

图4为本发明二维正态函数模型车流量与车速度关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明实施例提供了一种开放式小区道路优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一，通过选取尽可能多影响道路通行能力的指标，采取层次分析法建立小区开放对道路通行的影响分层次模型；

评价开放小区对周边道路通行的影响，是为了进一步加强城市规划建设管理，而小区开放对周边道路的影响可从周边路网，小区出入口，公共交通服务水平三个方面，分路段、交叉口、排队长度、延误时间、车流量、V/C六个评价指标着手进行分析。

本发明提出开放小区对周边道路通行量的综合影响程度：

F＝w₁·F₁+w₂·F₂+w₃·F₃+w₄·F₄+w₅·F₅+w₆·F₆

式中，w₁、w₂、w₃,w₄、w₅、w₆分别是路段、交叉口、排队长度、延误时间、车流量、V/C的权重系数，F₁、F₂、F₃、F₄、F₅、F₆是路段、交叉口、排队长度、延误时间、车流量、V/C对小区开放影响周边道路的评价指数。

层次分析法是处理综合评价问题的有效模型，它可以将决策人的思维过程数学化，将人的主观判断的定性分析进行定量化，我们运用层次分析法确定道路高峰小时饱和度、小区出入口连接方式、公共交通高峰小时负荷量系数影响权重系数过程，如图2所示：

目标层：小区开放对道路通行的影响，程度评价A；

准则层：周边路网B₁，车辆通行B₂,公交公共服务水平B₃；

指标层：路段C₁,交叉口C₂，排队长度C₃,延误时间C₄,车流量C5C₅，V/CC₆；

步骤二，在步骤一的基础上，整理搜集的数据，对某路段不同时间点的车流量分析，建立非线性最小二乘拟合模型，对生成的函数用插值方法拟合对比，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图，研究小区开放对周边道路通行的影响；

假设有一组数据x_iy_i(i＝1,2,3,L,N)，且已知该组数据满足某一函数原型其中T＝6·t_ABC+6·t_ABC＝1392，为待定系数向量，则最小二乘曲线拟合的目标就是求出这一组待定系数的值，使得目标函数：

为最小。在MATLAB的最优化工具箱中提供了lsqcurvefit()函数，可以解决最小二乘曲线拟合的问题。该函数的调用格式为：

[a,Jm]＝lsqcurvefit(Fun,a₀,x,y)

其中,Fun为原型函数的MATLAB表示，可以是M-函数或inline()函数。

a₀为最优化的初值，x,y为原始输入输出数据向量，调用该函数则将返回待定系数向量a以及在此待定系数下的目标函数的值Jm。

为检测所建立的模型是否符合实际，该组数据是否有效，主要进行F检验

2)F检验，如下：

F统计量为：

给出显著性水平a自由度df₁＝p,df₂＝n-p-1。查F分布表，得相应的临界值：

F_a＝(p,n-p-1)，若F>F_a＝(p,n-p-1),说明效果显著：若F<F_a＝(p,n-p-1),效果不显著。

3)插值

插值是进行数据分析的重要手段，MATLAB提供了inter1()函数进行一维多项式插值，inter1()函数使用多项式技术，用多项式函数通过所提供的数据点计算目标插值点上的插值函数值，其中inter1()的插值方法采用spline三次样条插值拟合。

步骤三，分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系，根据已经建立的模型和得到的结论，向政府规划部门提出关于开放小区选址以及开放小区规划的合理性建议。

现运用二维正态分布，将x表示为通过相同出发点和终点所用的时间，y表示为此时间内道路上通过的车辆数量，用Z＝f(x,y)函数对道路上车辆的同行率进行拟合分析，并得出图像如图3所示：

并根据二维正态函数模型车流量与车速度关系图如图4所示，经分析可以得到，当道路上的通行时间一定时，道路上可通过的车辆数量有一最大值，即图中的z轴的最高峰处对应的值，当时间一定时，道路上的通行车辆数量大于最大值时，图中的曲线呈下滑趋势，即车辆的通行率下降，车辆受到阻塞，道路不畅通；但当道路上的车辆数量小于最大值时，图中的曲线呈上升的趋势，即车辆的通行率还没到最高值，车辆行驶通畅无阻。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种开放小区式道路优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，选取多个影响道路通行能力的指标，采取层次分析法建立小区开放对道路通行的影响分层次模型；

步骤二，在步骤一的基础上，整理搜集的数据，对开放小区式道路的其中任一路段不同时间点的车流量分析，建立非线性最小二乘拟合模型，对生成的函数用插值方法拟合对比，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图，研究小区开放对周边道路通行的影响；

步骤三，分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系。

2.根据权利要求1所述的开放小区式道路优化设计方法，其特征在于：在步骤一中建立的小区开放对道路通行的影响分层次模型中，以小区开放对道路通行的影响为目标层，周边路网、车辆通行、公交公共服务水平为准则层，以路段情况、交叉口数量、汽车排队长度、车辆延误时间、车流量、V/C为指标层，通过对各指标权重系数大小的计算与判断，确立出合适的评价体系；然后运用层次分析法确定道路高峰小时饱和度、小区出入口连接方式、公共交通高峰小时负荷量系数影响权重系数。

3.根据权利要求1所述的开放小区式道路优化设计方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤如下：

a.建立非线性最小二乘拟合模型，运用MATLAB程序，假设有一组数据x_iy_i(i＝1,2,3,L,N)，且已知该组数据满足某一函数原型：

其中T＝6·t_ABC+6·t_ABC＝1392

为待定系数向量，则最小二乘曲线拟合的目标就是求出这一组待定系数的值，使得目标函数：

为最小，通过MATLAB程序中的最优化工具箱中的lsqcurvefit()函数解决最小二乘曲线拟合，lsqcurvefit()函数的调用格式为：

[a,Jm]＝lsqcurvefi t(Fun,a₀,x,y)

其中,Fun为原型函数的在MATLAB程序中的表示，Fun为M-函数或inline()函数；

a₀为最优化的初值，x,y为原始输入输出数据向量，调用该函数Fun则将返回待定系数向量a以及在此待定系数下的目标函数的值Jm；

b.采用插值法对步骤a得到的目标函数进行数据分析，在MATLAB程序中运用inter1()进行一维多项式插值，其中inter1()的插值方法采用spline三次样条插值拟合，得到该地区的车流量随时间的变化趋势图及函数模型。

4.根据权利要求1所述的开放小区式道路优化设计方法，其特征在于：在步骤三中分别从小区的道路结构，路网构成及小区的车流量的角度进行定量分析，建立二维正态分布函数，拟合出车流量与车速的关系，根据已经建立的模型和得到的结论，向政府规划部门提出关于开放小区选址以及开放小区规划的合理性建议。

5.根据权利要求3所述的开放小区式道路优化设计方法，其特征在于：在对所述步骤二a中的非线性最小二乘拟合模型进行插值之间先进行F检验，具体步骤如下：

F统计量为：

给出显著性水平a自由度df₁＝p,df₂＝n-p-1，查F分布表，得相应的临界值：

F_a＝(p,n-p-1)，若F>F_a＝(p,n-p-1)，说明效果显著：若F<F_a＝(p,n-p-1)，效果不显著。