基于交通行为的道路网络脆弱性识别及改善策略研究

The risks taken by the road network is increasing by days, and has a great impact on the entire network when a disruption or a traffic congestion happens to some weaknesses parts of the network .The study on the vulnerability of the road network has been gaining more and more scholar attentions. However, most researchers did not take the probability of traffic congestion without taking behavior changes into account which couldn't depict the dynamic and stochastic characteristics of traffic flow, and cause a deviation of the identification result with a real situation. This project analyses the users' traffic behavior after a road network unit failure by a declarative survey, studies the influence factors and influence mechanisms that change the users' traffic behavior by combining the discrete choice models and the structural equation models. On this basis, the project will take account of the uncertainty and dynamic characteristics of the traffic demand, build the multi-criteria traffic equilibrium assignment models and dynamic traffic assignment models according to cellular automaton to identify the vulnerability of road network, and apply these models to the regional vulnerability recognition. By strengthening the time and space dimensions analyses of the road network vulnerability, the project will put forward the system solutions for emergency management of road network vulnerability at different stages, and apply the traffic emergency management to a specific city. The research results will help to reduce the vulnerability of road networks, to enhance the capacity in preventing and responding to natural disasters and emergencies of the road network.

道路网络承担的风险不断加大，一些薄弱环节会因中断和拥堵对整个网络产生极大的影响，道路网络脆弱性的研究逐渐引起重视，但是大多数研究没有考虑可能发生的拥挤以及用户交通行为的变化，不能刻画交通流的动态、随机特性，造成道路网络脆弱性识别结果与真实情况存在偏差。课题通过陈述性调查分析路网单元失效后的用户交通行为特征，通过离散选择模型和结构方程模型相结合的方法研究用户交通行为变化的影响因素和影响机制，在此基础上考虑到交通需求的不确定性和动态特征，建立识别道路网络脆弱性的多准则交通平衡配流模型和基于元胞自动机的动态交通分配模型，并将这些模型推广应用于区域层面的脆弱性识别。通过加强时间维和空间维的道路网络脆弱性分析，提出不同应急管理阶段道路网络脆弱性的系统解决方案，并将其应用于具体城市的应急交通管理中。课题研究成果有助于降低道路网络的脆弱性，进一步提高道路网络预防和应对自然灾害和突发事件的能力。

道路网络的脆弱性反映了网络和网络单元容易受各类干扰因素影响的程度，对干扰因素越敏感、越容易受影响的部分就越脆弱。同时，由于个人行为选择的不同，导致交通需求时间和空间分布上的差异性，进一步激发路网的脆弱性。因此，构造符合路网单元失效后的用户交通行为特征和交通流分布特征的道路交通网络脆弱性方法体系显得尤为重要。.本项目在考虑路网单元失效后用户交通行为特征和交通流分布特征的基础上，提出道路交通网络脆弱性评价体系和改善策略。分析路网单元失效后的用户交通行为特征，通过离散选择模型分析不同类型出行者的路网行程时间可靠性。剖析干扰事件影响下路段层面的交通流所具有的动态特性，建立基于元胞传输模型的路网脆弱性动态评价模型。研究复杂交通环境下区域路网层面的交通宏观基本图特征，构建基于宏观基本图的路网脆弱性评价体系。从交通设计和交通控制等方面完善道路网络的结构、组织、控制策略，研究基于脆弱性的城镇路网设计方法，提出了基于MPC的快速路协同控制策略。.通过本项目的研究，主要取得以下结果：.（1）基于预留时间对出行者进行合理分类，构建预留时间的离散选择模型、基于预留时间的多类用户交通分配模型和行程时间可靠性分析方法。.（2）考虑干扰事件影响下的交通流演化过程，建立基于元胞传输模型的路网脆弱性动态评价模型，研究了路网脆弱性的动态演变规律。.（3）以宏观基本图理论作为联系时变路网条件、交通流和脆弱性的基础，建立时变路网条件下的基于宏观基本图的区域路网脆弱性评价模型、指标和方法。.（4）考虑脆弱性导致的路网服务水平下降及其对交通流的影响，构建了路网脆弱性的综合指标体系，提出了考虑脆弱性约束的路网优化设计模型。.（5）分别考虑入口匝道控制以及可变限速控制，提出了基于Metanet模型和元胞传输模型的MPC协同控制策略。.本研究充分考虑用户交通行为特征和交通流分布特征，对道路网络脆弱性进行多角度和多层面的研究，从交通设计和交通控制等方面完善道路网络功能，不仅对丰富和发展道路交通网络脆弱性研究具有重要理论价值，而且有助于增强道路交通系统面对灾难和突发事件的预防能力和响应能力。