城市交通流宏观基本图特性研究及其在交通网络评价中的应用

The realization of traffic evaluation,control and management in macroscopic network level in cities relies heavily on network traffic model. This research will build urban traffic Macroscopic Fundamental Diagram(MFD) in Chinese cities which is firstly put forward by Carlos F. Daganzo, and establish traffic network evaluation method based on this theory.The role of this research is to investigate the prerequisite of existence of MFD in Chinese urban traffic, and to analyse quantificationally the impact factors of MFD by comparing the MFD in different countries and in different cities in China, combining simulation method and aboundant real data on site. Secondly, in order to realize network evaluation and network traffic control in different size of traffic areas, zones division principle and method on traffic network is put forward accroding to geographical position and road grade, based on the theory of MFD in Chinese cities. Thirdly, network traffic evaluation method is accordingly estabilished base on MFD, focusing on the defination of evaluation indicators and threshold values. At the end, the rationality and stability of research framework, method and result will be examined using real data on site. The research result is helpful for integrated traffic control and management in network level and also is the basis of optimal utilization of traffic network resources.

本研究以Daganzo提出的宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram, MFD）理论为依据，建立我国城市交通流的宏观基本图，并基于此模型提出交通网络的运行评价方法。本研究的核心是采用仿真和大量实测数据相结合的方法，通过对比分析不同国家、国内不同城市的交通流宏观基本图（MFD），得出我国城市交通流MFD存在的前提和其影响因素的定量分析；为了实现分层次的交通网络区域评价，拟制定按地理位置和按道路等级的两种不同的划分原则，对交通网络进行区域划分；同时提出基于MFD理论的网络交通评价方法，重点在于提出不同区域和不同道路等级的评价指标和阈值；最后通过实测数据验证研究框架和方法以及结果的合理性与稳定性。研究结果为网络层面的协同交通控制管理方法提供理论参考价值，为最优化利用交通网络资源提供依据。

本课题是对城市交通流宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD）的特性研究，并基于该理论提出的网络交通运行状态评价方法。美国加州大学Berkeley分校的著名交通工程学者Carlos F. Daganzo于2007年提出了宏观基本图（MFD）模型，随后该模型由于其实时、动态、灵活的特点，以及参数易于收集、计算的优点，使得其在交通网络评价、控制管理方面有了广泛的应用前景。 本研究主要内容包括以下几点： .（1）针对城市交通流宏观基本图的特性分析方面：分析了高速公路的宏观基本图的属性特征，地面道路的宏观基本图的特性，并对比分了两种路网各自的特点；分析了交通事件发生时，事件的性质如何影响路网宏观基本图的形状、变化过程和时滞变化；分析了不同数据采集方式对宏观基本图稳定性的影响。.（2）针对宏观基本图的理论深化方面，实际研究内容略作调整，针对城市路网交通状态的不均匀分布问题，研究了宏观基本图建立的方法。原研究计划试图在宏观基本图的理论基础方面进行深化，实际研究中，针对路网的不均匀分布的特点，采用数据挖掘技术，通过统计学分析交通基本参数的分布和误差，得到基于城市路网中多种数据源的宏观基本图预测方法。.（3）应用宏观基本图（MFD）的区域划分原则。原有的研究计划中，试图在大城市路网中，根据宏观基本图的假设前提，将路网划分成交通拥堵分布较均匀的不同子区域，并在不同的子区域中，应用宏观基本图，从而得到路网的分区域的网络评价和控制方法。实际研究中，仍然按照这样的研究思路，分析了路网的子区域的划分，但是与原有研究计划不同的是，路网子区域的划分是按照随机抽取网络中的道路，或抽取部分拥堵的、不拥堵的路网，分别分析网络宏观基本图的特性。从而得到路网中，基于不同的交通运行状态的路网，其宏观基本图的性质变化。.（4）对比了不同两年的长沙市区地面路网的宏观基本图特点，且以地面线圈数据和出租车GPS数据进行融合，得到路网中出租车的比率，并基于该比率计算得到路网中车辆的密度，建立宏观基本图。并对不同拥挤程度的路网的宏观基本图进行分析和评价，研究发现不同拥挤程度路网在高峰时刻出现的关键密度是相同的，这为该模型在路网中的评价和控制提供理论基础。