城市交叉口交通运行现状评价方法研究

1、城市交叉口交通运行现状评价方法研究顾政华李旭宏谢远长摘要：本文提出如何利用主成分分析聚类分析法对城市交叉口交通运行现状进行合理的评价研究，可以针对每一类别的特点，实行分级治理的措施，提高工作效率。关键词：主成分分析、聚类分析法、交叉口、交通管理长期以来，城市交通拥堵、交通秩序混乱一直是困扰城市国民经济和社会发展的一个难题。交通供需矛盾的长期性和城市空间、建设资金的有限性决定了不能通过无限制的增加交通基础设施供给来解决这一问题，这就需要通过提高交通管理水平，充分发掘现有交通设施的潜力，保证城市交通的安全、畅通、快捷、低污染。交叉口作为城市道路网上的节点，是城市道路交通系统的咽喉，据统计，有80%

2、的延误发生在交叉口。因此，如何针对城市交叉口的交通现状，提出相应的交通管理对策，是进行城市交通管理规划，保障畅通工程全面实施的重要问题。目前，在制定交叉口交通管理对策过程中，往往会遇到两个问题：一是众多评价指标往往是主观选取，缺乏科学的筛选，这严重影响到评价结果的有效性和可靠程度；二是大城市的交叉口为数众多，要逐个分析原因、提出对策是不现实和不必要的。如何对城市交叉口的交通运行状况进行合理的评价，在此基础上对拥挤程度不同的交叉口进行分级治理，可以有效的提高交叉口交通管理对策制定的精度和效率。现有方法如系统分析法、层次分析法、模糊综合评判法、灰色聚类法等等，在解决上述问题方面都存在着一定的缺陷。

3、本文提出了一种有效的解决方法即主成分分析聚类分析法。1基本思路主成分分析法是利用降维的思想，根据评价指标中存在着一定相关性的特点，用较少的指标来代替原来较多的指标，并使这些较少的指标尽可能地反映原来指标的信息，而且彼此之间互不相关，避免了指标选取过程中的主观性和由此导致的评价结果的偏差，然后根据筛选后的指标进行聚类分析，针对每一类别提出相应措施，有效地提高评价的精度和效率。2工作步骤2.1原始指标的选取城市交叉口的交通是一项复杂的系统工程，需要综合考虑相互关联、相互制约的众多因素，本文初步选用了10个反映城市交叉口交通运行特征的指标：交通秩序；交叉口饱和度；交叉口平均每车延误；左转车比例；视距

4、；交叉口面积；相邻交叉口距离；警力配备；渠化措施；信号配时的合理性。在上述10项指标中，属于定性评价指标，可由专家调查法进行等级评分，属于定量评价指标，需要通过调查统计，并结合相关公式计算得到，具体计算方法可参见文献2。原始数据的标准化处理原始数据的标准化处理表1评价等级量化表评价等级ABCDE指标量化值大于0.90.80.90.70.80.60.7小于0.6对于定量数据要化为无量纲的，可采用下式处理：对于越大越优的指标，mm%二对于越小越优的指标，用当指标为适度的规格，即指标太高太低都不合适时，可用中心指标测度，即mm（仏心max（血凤）主成分分析法筛选得到最佳指标集2.3.1主成分分析法的

5、基本原理讥=1设*=31，兀0是一个p维随机向量，有二阶矩存在，记#_（，工Db）,考虑它在约束条件=1,p（1）的竝“；“1凶+站Yv=/”=+lvvXv线性变换I*ppp（2）易见假如我们希望用竝来代替原来的p个变量汎，这就要求竝尽可能的反映原p个变量的信息，这里的信息用竝的方差来表示，在上述条件下，使得九”（血）达到极大，血可称为第一主成分。如果一个竝不足以代表所有变量，可以考虑采用血，为了最有效的代表原变量的信息，相关。即3）=03)于是，求血即在（1）（3）的约束下，使九达到极大，所求的血称为第二主成分，类似的，可以定义第三主成分、第四主成分。一般来说，X的第i主成分3山是指在约束条

6、件（1）下及二吩小求*使得沧达到极大。/乞人y当然，用主成分法的目的在于减少变量的个数，故一般决不会用p个主成分，而用mp个主成分，并称1为主成分的贡献率，称为主成分血耳的累计贡献率。根据实际需要取一定值的贡献率时，可以得出需要引入的主成分数量。2.3.2最佳指标集的获取通过主成分分析计算，导出原始变量的p个主分量，它们所对应的特征值反映了各个主分量对原变量集的贡献大小。由于特征值最小的主分量对原变量集的贡献最小，而该特征值对应的特征分量中，最大分量所对应的变量对该主分量的贡献最大。因此，为了获得最佳变量子集，可以将该变量删除。依次进行主成分分析和删除最小特征值对应的特征向量中的最大分量所对应

7、的变量，可以获得稳定的最佳变量集，该变量集体现了原始变量集中包含的最大信息量。2.4聚类分析根据上述筛选后的主分量组成的指标体系，进行系统聚类分析。分析过程如下：通过上述的原始数据标准化处理，得到n个样本：xl,x2,.xn，每个样本具有m个样本指标：yl,y2,.ym,xij表示样本xi的第j个特征值。首先利用距离法计算相似系数，建立相似矩阵。相似系数rij表示两个样本xi和xj之间相似程度，rij越接近1,表明两个样本越相似。然后根据相似矩阵进行聚类分析。利用平方法可以求区的传递闭包t（哥，矩阵t（屈）是论域U上的一个模糊等价矩阵。可以证明，按照下述次序：昌-髦-区4-.-%k，经过有限次

8、运算，必有2k=2k）2，即得到一个模糊等价矩阵t声）=R2k。对模糊等价矩阵t（R）取不同水平的尤截矩阵，可以得到不同分类。久越大，分类数越多，当久降低到一定程度，就分类数变为1。在当尤由1变为零的过程中，其对应的乂截矩阵确定的分类由细变粗，逐步回归，形成动态的聚类图。根据实际问题的需要，取不同的置信水平就可以得到恰当的分类。对每一类别的特点进行分析，提出措施，从而避免了逐一提出解决方案的繁琐。3结束语城市交叉口交通管理对策的制定一直是城市交通管理规划的热点问题。将主成分分析聚类分析法引入城市交叉口交通管理对策的制定，利用主成分法排除了冗余指标的干扰，利用聚类分析法将城市交叉口分类，针对每一类别的特