城市暴雨时变积水过程对车辆微观行驶行为的时空影响建模

The rainstorm disaster imposes serious threats to the urban transport system, therefore, in order to reduce the negative impacts of rainstorm disaster on urban traffic system and make sensible traffic management and evacuation strategies, to investigate the spatio-temporal impacts of time-varying rainstorm waterlogging on vehicles' behavior is becoming an outstanding problem which needs solving urgently. Traditional studies ignored the formation mechanism of traffic flow under rainstorm waterlogging conditions. In order to make up for the inadequacy of traditional research, this program plans to study the spatio-temporal impacts of time-varying waterlogging process on the vehicles' behavior from the perspective of space time correlation of vehicles' behaviors and time varying road conditions, and to explan how different behaviors generate and how the parameters of a certain behavior change. The main research contents are as follows: firstly, the vehicle trajectories are taken as the research object to recognize and analyze the vehicles' behavior patterns. Then, the influence factors are investigated and the mechanism to behaviors' formation are analyzed. Finally, based on the framework of multi-agent system, the complex traffic behaviors are simulated and the evolutionary process of traffic states under rainstorm waterlogging conditions are presented, which can provide scientific decision support to the traffic management and evacuation policies.

暴雨灾害严重威胁城市交通的正常运行，在降低暴雨灾害对城市交通的负面影响，制定合理的交通管理与疏导策略的驱动下，研究时变暴雨积水过程对车辆微观行驶行为的时空影响成为亟待解决的科学问题。本课题针对目前研究在暴雨时变积水过程中交通流形成和变化机理研究的不足，从车辆微观行驶行为和时变行车环境时空关联的角度，研究暴雨时变积水过程对车辆微观行驶行为的时空影响及建模方法，揭示车辆微观行驶行为产生和变化机制。主要研究内容为：以视频监控数据提取的车辆时空轨迹为对象，识别和分析暴雨积水环境下车辆微观行驶行为；研究暴雨时变积水过程对车辆微观行驶行为的时空影响机制；基于多智能体框架模拟时变的暴雨积水状态下城市道路复杂的微观交通行为和时空状态演化过程；基于多智能体的多情景模拟系统，评价不同的交通管控方案对不同暴雨过程的适应度，为城市突发暴雨灾害下的交通控制及交通疏导提供科学的决策指导。

暴雨灾害严重威胁城市交通的正常运行。持续暴雨极易造成城市道路路面积水。暴雨积水环境对交通流的影响既表现在宏观的交通流参数上，也表现在微观的行驶行为上。为了更全面掌握暴雨积水环境对车辆微观行驶行为的影响机制，本项目针对宏观交通流参数和微观行驶行为两方面同时开展了研究。本项目探讨的宏观交通流参数主要包括道路速度和路段行程时间。我们收集了广州、深圳市的降雨及交通流数据，作为宏观交通流参数分析的数据源。以广州市番禺区的富华东路这一典型易内涝研究路，作为微观行驶行为主要的研究区。一共收集了该区域2012-2015年的车辆视频监控数据、雨量及积水监测数据。这些作为本项目研究的基础数据，可以用于降雨对城市交通流宏观影响及微观行驶行为影响进行分析，并作为微观仿真模型的数据输入。通过对手动提取的视频监控中的车辆运动轨迹进行分析，建立了针对停驻、换道、跟弛三种典型微观行驶行为的模拟模型。该模型包括两部分：基于贝叶斯网络模型的微观行为决策模型和基于多智能体框架的停驻、换道、跟弛行为规则。在验证模型的基础上，我们开发了一套城市交通流微观模拟系统，以广州市为例，模拟了早、晚高峰、午间平峰等不同暴雨情景下的城市交通流运行状态，为城市交通的管理提供了数据和模型支撑。