「小區開放」政策真的能改善中國特大城市通勤效率嗎？

中文標題：基於蟻群演算法和複雜網路分析探究「小區開放」政策對緩解中國大城市交通擁堵的影響

英文標題：Estimating the effects of 「Community Opening」 Policy on alleviating traffic congestion in large Chinese cities by integrating ant colony optimization and complex network analyses

參考論文：

Yao Yao*, Ye Hong*, Daiqiang Wu, et al. 2018. Estimating the effects of 「Community Opening」 Policy on alleviating traffic congestion in large Chinese cities by integrating ant colony optimization and complex network analyses, Computers, Environment and Urban Systems, DOI: 10.1016/j.compenvurbsys.2018.03.005. (SSCI)

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【摘要】

　　根據中國中央政府於2016年初發布的城市規劃文件，「小區開放」政策將被實施以改善交通網路。該措施引起了社會的熱烈討論。然而，以往的研究很少關注開放小區能夠對城市交通帶來的直接改變和間接影響。

　　本研究旨在通過結合蟻群演算法（ACO）和複雜圖論來分析開放小區對道路結構的改善，並研究其對居民通勤效率和城市交通中心的影響。首先，研究基於OpenStreetMap（OSM）建立交通道路網路，使用ACO演算法計算道路節點之間的連通性和居民總體通勤時間和距離的變化。其次，運用複雜圖論計算每條道路的吸引力指數，得到開放政策前後的擁堵區域。研究領域包括中國一線城市北京、上海、廣州和深圳。

　　結果表明，開放小區將使當前道路網路的連通性和可達性增加9.43-29.80％，短途旅行的居民通勤時間減少2.57-4.50％。此外，隨著城市主幹道交通流量的減少，潛在擁堵路口數量將減少，導致城市擁堵區域的空間位置和覆蓋範圍發生變化。本研究對開放門控社區的影響進行了定量研究，為城市規劃者和政府提供了必要參考。

【引言】

　　中國中央政府於2016年初發布了一項名為「小區開放」的城市規劃文件。該指導方針指出，原則上新建的小區將不再關閉，已經建成的居民社區必須與城市道路系統相連。關於該文件的實施是否會對城市發展產生積極影響，社會上出現了激烈的爭論。由於更好地利用了城市的土地，大多數意見和意見都表明，開放小區將改善道路網路結構，從而緩解城市交通擁堵的情況。然而，已有研究缺乏從定量的角度大規模地探究開放社區對居民通勤和交通擁堵等交通問題的影響，阻礙了對該指導方針的綜合評估。

　　本研究特別關注小區開放政策的實施對中國大城市交通擁堵問題的影響，並進行了以下工作：1、獲得了道路網路結構的改變，特別是魯棒性和連通性。2、計算了在不同的空間尺度下居民出行效率的變化。3、通過比較實施政策前後城市潛在交通擁堵點和區域的範圍和空間位置，對比了不同城市交通擁堵的緩解程度。

【模型設計】

　　該研究分為以下三個步驟：

1. 在OSM道路網數據的基礎上，建立城市道路網路模型，研究「小區開放」政策實施後道路網路連通性的變化。
2. 利用GPS浮動車數據獲取每條道路的實際行駛速度，並使用蟻群演算法（ACO）計算居民的通勤距離和時間。
3. 採用PageRank評價指標和聚類演算法，獲得城市潛在交通擁堵點和擁堵區域，分析擁堵區域的空間位置和範圍變化。

　　本研究的流程圖如圖1所示。

【研究區及數據】

　　本文的研究區為北京、上海、廣州和深圳（圖2）。

　　行政邊界數據來自全球行政區資料庫（http://www.gadm.org/）。

　　道路數據來自OSM提供的城市道路網路(OpenStreetMap)（圖3）。

　　此外，為了獲取研究區內的人群分布，我們抓取了社交網路用戶的分布數據。

　　同時，為了獲得真實的道路速度和訪問量，採用了廣州和深圳的GPS浮動車數據（圖4）

【結果】

• 對路網結構以及通勤效率的影響

• 對城市交通流的影響

• 對交通擁堵點和區域的影響

【結論】

　　本研究運用蟻群演算法和複雜圖論分析了「小區開放」政策對道路網路結構、城市居民通勤效率和交通擁堵中心變化的影響。在北京、上海、廣州和深圳這四個「超一線」城市進行了實驗，分析了政策對各城市交通擁堵的緩解效果。結果表明，政策顯著改善了道路網路的連通性，並對居民的短途通勤產生了積極影響。對於出行5公里以內（約佔總出行的45％）的居民來說，廣州、上海、深圳和北京的通勤時間分別減少了3.11％，2.95％，1.74％和1.51％。

　　此外，由於在城市道路網路中增加了大量道路，實施政策後交通流量將更加分散，緩解了城市中心地區的交通堵塞。值得注意的是，各城市之間的緩解程度各不相同，其對北京和上海交通擁堵的影響更為明顯，而廣州和深圳的影響有限。一般來說，政策的實施對緩解一線城市交通壓力具有一定的積極作用。但是，由於大城市交通擁堵問題既漫長又複雜，需要認真研究每個城市的實際情況和採取有針對性的政策，才能從根本上緩解甚至解決。

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