基于降水过程多样性特征的雨天城市交通拥堵机理解析及控制优化

Precipitation has diversified weather processes. Previous studies have shown that different precipitation processes have different effects on road traffic operations. In the urban road environment, the multi-mode traffic behaviors participate in and interact with each other to form a complex traffic environment, which is an important cause of local or regional traffic congestion. However, previous works have not yet systematically revealed the differences in the effect of different precipitation processes on urban traffic operations. Then, by fully considering the diversity characteristics of precipitation process and the interaction mechanism of multi-mode traffic behavior, this project studies urban traffic congestion mechanism and the related control optimization problems under rainy condition. First, by observing and analyzing the characteristics of urban trunk road traffic behavior data in rainy days, a theoretical analysis model that can characterize the multi-mode traffic behavior interaction mechanisms under various precipitation processes was proposed. Secondly, by exploring the intrinsic relationship between the above-mentioned mechanisms and urban traffic congestion, the impact of different precipitation processes on the characteristics of urban traffic congestion is explored. Finally, based on the theoretical research results, a traffic congestion control optimization method that adapts to the diversity characteristics of precipitation processes is proposed and an empirical study is conducted. The expected results will help deepen the understanding of the characteristics of urban traffic operation under rainy condition and provide theoretical and scientific basis for solving the problem of urban traffic congestion caused by rainy weather.

降水具有多样化的天气过程，目前已有研究证明不同降水过程对道路交通运行的影响存在差异。在城市道路环境下，多方式交通行为共同参与并相互作用构成了复杂的交通环境，是导致局部或区域交通拥堵的重要原因。然而，现有研究尚未系统揭示不同降水过程对城市交通运行影响规律的差异。基于此，本项目将充分考虑降水过程的多样性特征以及多方式交通行为的交互作用机制，探究雨天城市交通拥堵机理及相关控制优化问题。首先，通过观测和分析雨天城市干道交通行为特征数据，建立能表征各种降水过程下城市多方式交通行为交互作用机制的理论分析模型；其次，通过挖掘上述机制与城市交通拥堵的内在关联关系，探求不同降水过程对城市交通拥堵相关特性的影响机理；最后，基于理论研究成果，提出适配降水过程多样特征的交通拥堵控制优化方法并开展实证研究。预期成果有助于加深对雨天城市交通运行特征的认识，为解决雨天造成的城市交通拥堵问题提供理论基础和科学依据。

降水具有多样化的天气过程，目前已有研究证明不同降水过程对道路交通运行的影响存在差异。项目聚焦雨天环境下“降水过程存差异，行为方式有交互”的天气变化和城市交通运行特征，构建了雨天机动车与行人交通行为的交互作用模型；构建雨天城市道路交通运行可靠性模型，探究典型降水过程下城市交通拥堵发生的影响因素和内在机理，预测拥堵发生概率；提出适配雨天条件的城市公交灵活式管控优化方案，并构建具体的优化模型与网络交通流模型；结合以上理论成果开展仿真与实证研究。主要研究结果包括：. （1）构建了基于数据驱动的雨天典型降水过程下平面交叉口机动车-行人交互模型，具体运用了主成分分析与支持向量回归相结合的方法。运用该模型对平面交叉口机动车与行人交互的运行效率和安全态势进行了仿真分析。. （2）应用结构方程模型和实际调查数据得到了连续性降水过程下城市道路影响交通运行的显著影响因素，由此表达出降雨条件等因素间多路径的逻辑关系及其量化特征，基于此解释了雨天城市交通拥堵或延误的机理。. （3）基于交通运行数据及小时降雨量数据，并考虑设置公交专用道的影响，分析受降雨影响的公交行程时间统计变化规律。构建了公交行程时间可靠性评价模型，通过乘客预留行程时间、缓冲时间、超额延误三个参数指标对可靠程度进行评价。. （4）在系统性解释连续性降水过程下交通行程时间可靠性的基础上，分析了降雨对行程时间在供给和需求两方面的不确定性影响。针对传统独立模型在行程时间方差计算上的低精度问题，提出了考虑雨天各路段间行车延误相互影响关系的方差计算方法，在此基础上提出一种雨天城市道路交通拥堵概率预测方法。. （5）提出了雨天灵活式公交专用道的布设方案，专用道根据天气情况等实时情况开启或关闭。基于此，提出了适配雨天环境的公交运行线路动态优化策略。. 研究成果有助于加深对雨天城市交通运行特征的认识，为解决雨天造成的城市交通拥堵问题提供理论基础和科学依据。