城市交叉口交通運(yùn)行現(xiàn)狀評價(jià)方法研究

1、城市交叉口交通運(yùn)行現(xiàn)狀評價(jià)方法研究顧政華李旭宏謝遠(yuǎn)長摘要：本文提出如何利用主成分分析聚類分析法對城市交叉口交通運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行合理的評價(jià)研究，可以針對每一類別的特點(diǎn)，實(shí)行分級治理的措施，提高工作效率。關(guān)鍵詞：主成分分析、聚類分析法、交叉口、交通管理長期以來，城市交通擁堵、交通秩序混亂一直是困擾城市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)難題。交通供需矛盾的長期性和城市空間、建設(shè)資金的有限性決定了不能通過無限制的增加交通基礎(chǔ)設(shè)施供給來解決這一問題，這就需要通過提高交通管理水平，充分發(fā)掘現(xiàn)有交通設(shè)施的潛力，保證城市交通的安全、暢通、快捷、低污染。交叉口作為城市道路網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)，是城市道路交通系統(tǒng)的咽喉，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有80%

2、的延誤發(fā)生在交叉口。因此，如何針對城市交叉口的交通現(xiàn)狀，提出相應(yīng)的交通管理對策，是進(jìn)行城市交通管理規(guī)劃，保障暢通工程全面實(shí)施的重要問題。目前，在制定交叉口交通管理對策過程中，往往會(huì)遇到兩個(gè)問題：一是眾多評價(jià)指標(biāo)往往是主觀選取，缺乏科學(xué)的篩選，這嚴(yán)重影響到評價(jià)結(jié)果的有效性和可靠程度；二是大城市的交叉口為數(shù)眾多，要逐個(gè)分析原因、提出對策是不現(xiàn)實(shí)和不必要的。如何對城市交叉口的交通運(yùn)行狀況進(jìn)行合理的評價(jià)，在此基礎(chǔ)上對擁擠程度不同的交叉口進(jìn)行分級治理，可以有效的提高交叉口交通管理對策制定的精度和效率。現(xiàn)有方法如系統(tǒng)分析法、層次分析法、模糊綜合評判法、灰色聚類法等等，在解決上述問題方面都存在著一定的缺陷。

3、本文提出了一種有效的解決方法即主成分分析聚類分析法。1基本思路主成分分析法是利用降維的思想，根據(jù)評價(jià)指標(biāo)中存在著一定相關(guān)性的特點(diǎn)，用較少的指標(biāo)來代替原來較多的指標(biāo)，并使這些較少的指標(biāo)盡可能地反映原來指標(biāo)的信息，而且彼此之間互不相關(guān)，避免了指標(biāo)選取過程中的主觀性和由此導(dǎo)致的評價(jià)結(jié)果的偏差，然后根據(jù)篩選后的指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，針對每一類別提出相應(yīng)措施，有效地提高評價(jià)的精度和效率。2工作步驟2.1原始指標(biāo)的選取城市交叉口的交通是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要綜合考慮相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素，本文初步選用了10個(gè)反映城市交叉口交通運(yùn)行特征的指標(biāo)：交通秩序；交叉口飽和度；交叉口平均每車延誤；左轉(zhuǎn)車比例；視距

4、；交叉口面積；相鄰交叉口距離；警力配備；渠化措施；信號(hào)配時(shí)的合理性。在上述10項(xiàng)指標(biāo)中，屬于定性評價(jià)指標(biāo)，可由專家調(diào)查法進(jìn)行等級評分，屬于定量評價(jià)指標(biāo)，需要通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合相關(guān)公式計(jì)算得到，具體計(jì)算方法可參見文獻(xiàn)2。原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理表1評價(jià)等級量化表評價(jià)等級ABCDE指標(biāo)量化值大于0.90.80.90.70.80.60.7小于0.6對于定量數(shù)據(jù)要化為無量綱的，可采用下式處理：對于越大越優(yōu)的指標(biāo)，mm%二對于越小越優(yōu)的指標(biāo)，用當(dāng)指標(biāo)為適度的規(guī)格，即指標(biāo)太高太低都不合適時(shí)，可用中心指標(biāo)測度，即mm（仏心max（血鳳）主成分分析法篩選得到最佳指標(biāo)集2.3.1主成分分析法的

5、基本原理譏=1設(shè)*=31，兀0是一個(gè)p維隨機(jī)向量，有二階矩存在，記#_（，工Db）,考慮它在約束條件=1,p（1）的竝“；“1兇+站Yv=/”=+lvvXv線性變換I*ppp（2）易見假如我們希望用竝來代替原來的p個(gè)變量汎，這就要求竝盡可能的反映原p個(gè)變量的信息，這里的信息用竝的方差來表示，在上述條件下，使得九”（血）達(dá)到極大，血可稱為第一主成分。如果一個(gè)竝不足以代表所有變量，可以考慮采用血，為了最有效的代表原變量的信息，相關(guān)。即3）=03)于是，求血即在（1）（3）的約束下，使九達(dá)到極大，所求的血稱為第二主成分，類似的，可以定義第三主成分、第四主成分。一般來說，X的第i主成分3山是指在約束條

6、件（1）下及二吩小求*使得滄達(dá)到極大。/乞人y當(dāng)然，用主成分法的目的在于減少變量的個(gè)數(shù)，故一般決不會(huì)用p個(gè)主成分，而用mp個(gè)主成分，并稱1為主成分的貢獻(xiàn)率，稱為主成分血耳的累計(jì)貢獻(xiàn)率。根據(jù)實(shí)際需要取一定值的貢獻(xiàn)率時(shí)，可以得出需要引入的主成分?jǐn)?shù)量。2.3.2最佳指標(biāo)集的獲取通過主成分分析計(jì)算，導(dǎo)出原始變量的p個(gè)主分量，它們所對應(yīng)的特征值反映了各個(gè)主分量對原變量集的貢獻(xiàn)大小。由于特征值最小的主分量對原變量集的貢獻(xiàn)最小，而該特征值對應(yīng)的特征分量中，最大分量所對應(yīng)的變量對該主分量的貢獻(xiàn)最大。因此，為了獲得最佳變量子集，可以將該變量刪除。依次進(jìn)行主成分分析和刪除最小特征值對應(yīng)的特征向量中的最大分量所對應(yīng)

7、的變量，可以獲得穩(wěn)定的最佳變量集，該變量集體現(xiàn)了原始變量集中包含的最大信息量。2.4聚類分析根據(jù)上述篩選后的主分量組成的指標(biāo)體系，進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。分析過程如下：通過上述的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到n個(gè)樣本：xl,x2,.xn，每個(gè)樣本具有m個(gè)樣本指標(biāo)：yl,y2,.ym,xij表示樣本xi的第j個(gè)特征值。首先利用距離法計(jì)算相似系數(shù)，建立相似矩陣。相似系數(shù)rij表示兩個(gè)樣本xi和xj之間相似程度，rij越接近1,表明兩個(gè)樣本越相似。然后根據(jù)相似矩陣進(jìn)行聚類分析。利用平方法可以求區(qū)的傳遞閉包t（哥，矩陣t（屈）是論域U上的一個(gè)模糊等價(jià)矩陣?？梢宰C明，按照下述次序：昌-髦-區(qū)4-.-%k，經(jīng)過有限次

8、運(yùn)算，必有2k=2k）2，即得到一個(gè)模糊等價(jià)矩陣t聲）=R2k。對模糊等價(jià)矩陣t（R）取不同水平的尤截矩陣，可以得到不同分類。久越大，分類數(shù)越多，當(dāng)久降低到一定程度，就分類數(shù)變?yōu)?。在當(dāng)尤由1變?yōu)榱愕倪^程中，其對應(yīng)的乂截矩陣確定的分類由細(xì)變粗，逐步回歸，形成動(dòng)態(tài)的聚類圖。根據(jù)實(shí)際問題的需要，取不同的置信水平就可以得到恰當(dāng)?shù)姆诸?。對每一類別的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出措施，從而避免了逐一提出解決方案的繁瑣。3結(jié)束語城市交叉口交通管理對策的制定一直是城市交通管理規(guī)劃的熱點(diǎn)問題。將主成分分析聚類分析法引入城市交叉口交通管理對策的制定，利用主成分法排除了冗余指標(biāo)的干擾，利用聚類分析法將城市交叉口分類，針對每一類別的特