城市道路交通流累积能源消耗机理与协调控制方法研究

城市道路交通系统的能耗直接受交通工具性能的影响，也与城市道路网络特征、交通流状况、交通控制与管理模式等因素密切相关。通过对我国城市典型道路交通流特征的深入调查与能耗实验测试，探索城市道路机动车行驶工况、道路交通状况与能耗的相关关系，构建机动车行驶工况能耗模型；基于微观机动车运行能耗及典型工况特征，分析宏观交通流与微观机动车行驶工况的关联度，将城市宏观交通解构为由三类典型路段构成的动态拓扑网络，分别建立非干扰交通流、信号交叉口交通流以及快速路入口出口匝道交通流累积能耗模型，进而建立城市动态交通路网的累积能耗模型；在此基础上，对最优能耗导向的城市交通流控制与诱导策略展开研究，提出基于最优能耗的单交叉口控制方法、道路网络协调控制方法以及基于最优能耗的机动车出行路径优化模型与算法。为城市道路交通系统规划、建设、管理与控制等提供科学的理论与方法支持，对城市交通可持续发展具有重要的指导意义。

随着社会经济的快速发展，城市化进程不断加快，交通拥堵、交通能源浪费等问题日益突出，如何在缓解交通拥堵的同时，降低城市交通系统的能源消耗成为各大城市发展必须面对的难题。本项目通过对城市实际道路环境下机动车运行工况与能源消耗实验研究，探索我国城市道路混合交通环境下能源消耗的内在机理，构建城市道路交通流与动态交通网络累积能源消耗基础分析模型，并从交通管理与个体出行的角度建立了以最优能耗为导向的城市交通网络协调控制和路径优化与诱导策略。研究成果主要内容如下：.1）对实际城市道路环境下机动车行驶工况、交通流参数及能源消耗量进行同步采集，构建机动车行驶工况、道路交通流状况及能耗数据库，在此基础上对各种典型交通流条件下的匀速、加减速及怠速工况下的能源消耗规律进行了研究。.2）分别从城市道路交叉口（环形交叉口、无信号控制交叉口和信号控制交叉口）、道路路段以及路网三个层面构建城市交通流累积能耗模型。在此基础上，通过研究城市不同交通流状态与交通能耗的关联性，构建能耗区等级判别模型，并针对不同能耗区的交通流特征制定了相应的交通管理策略。.3) 在研究城市道路单交叉口信号控制和多交叉口信号协调控制方法的基础上，构建了考虑出行时间费用和能耗费用的交通能耗控制模型。包括基于交叉口累积能耗的城市道路单交叉口信号控制和多交叉口协调控制模型、基于广义出行费用的交通能耗控制方法、拥堵交通网络能耗节约边界信号优化方法等。将城市路网总能耗与信号控制参数最优配置问题联合进行研究，建立了面向网络能耗与交通效率的双目标优化模型，采用双层规划方法同时进行信号配时优化，提出了平衡网络能耗最优信号控制参数优化方法。.4）为获取城市道路网络能耗与出行方式和出行路径的关系，建立了考虑能耗的多模式下随机用户平衡交通配流模型。基于出行能耗以及拥挤造成的延误成本，分别构建了考虑能耗的最小广义费用的双层收费模型和以能耗为约束条件的双层优化模型、基于能源消耗的出行者最优路径选择模型等，将城市交通能耗与出行者的出行行为以及管理者的策略有机联系起来，可以科学高效地为模拟出不同的交通需求管理策略对出行者出行行为的影响，并为出行路径诱导提供有效的决策支持，且定量地分析不同交通政策（公交优先、燃油税等）下城市交通能耗的效率。.研究成果的科学意义在于为城市道路交通系统的低碳与可持续发展规划、建设、管理控制等提供关键理论与方法支持。