基于实验方法的出行者路径选择行为特征及路网交通流演化建模研究

Day-to-day traffic dynamic models provide a powerful theoretical framework to analyze the evolution of network flow. However, few models were build according to real-world observation or verified by field data, because relate empirical studies are very hard to carry out. Inspired by the state-of-art development in behavioral operation management and behavioral finance research, this proposal planed to throw light on commuters’ day-to-day route choice behavior and network flow dynamics using human-participated laboratory experiment approaches. First, a series of virtual reality experiments are conducted to collect empirical data. Some empirical findings can be summarized from the data and used to verify existed models. Next, based on the results above, we attempt to propose a more realistic, comprehensive theoretical model by using emergent behavioral modeling frameworks. Then we put the proposed model into practice of analyzing several actual traffic management problems in Tianjin, China. Finally, the proposed models will be used to research the static and dynamic characteristics of day-to-day traffic dynamics in different scenarios. This research could make contributions to transport management practice, and also propose an alternative approach to explore network traffic dynamics.

日变路网流量演化模型（day-to-day network traffic dynamics）是分析道路网络流量非平衡演化过程的重要工具。但是由于实证研究非常困难，导致现有理论模型的实践基础不足，体现为1.宏观的流量转移规则和微观的路径选择行为缺乏实证基础；2.模型的准确性和预测能力缺少实际案例的检验。受行为经济学研究启发，本研究拟采用“真人参与的受控实验”方法作为基本研究手段，首先从实际问题中提炼若干典型情景，构建模拟实验系统并组织实验，基于实验数据提炼和分析规律。随后基于实测规律启发理论研究，充分结合行为经济学的新理论，构建更符合实际的宏微观理论模型。然后从天津市实际交通管理问题中，抽象出若干实例进行实证研究，验证模型的有效性和校正模型。最后运用模型进行结论推广，研究路网交通流演化过程的动态和静态过程。本研究为交通管理、政策设计的实践提供理论支持。也为网络交通流研究探索一种新的手段。

本研究针对日变路网流量演化模型（day-to-day network traffic dynamics），首先采用“真人参与的受控实验”方法作为基本研究手段，开发了可以多人互动的实验软件，共组织了10个场景、20余场实验，共有超过300名被试参与，积累了比现有研究更加充分的路径选择实验数据，基于实验数据从实证方面分析了不同条件下的路径行为，其中不同信息条件下的反应行为、路径选择的非对称行为等都是首次发现。随后，基于从数据中发现的行为特性，建立了基于行为特征的日变交通流演化模型，创新性的使用了双系统理论、强化学习、多智能体建模等工具，模型能够比现有理论更好的吻合实验结果。再次，作为对实验研究的补充，以天津市道路限行政策为契机，运用实证数据研究了个人行为与网络交通在外部冲击条件下的变化特征，基于分析结果完成了政策咨询报告，相关结论对交通管理工作有启发意义。最后，运用研究路网交通流演化过程的动态和静态过程，特别针对近年来出现的基于社会网络的信息分享行为对网络交通动态演化过程的影响进行了研究，从实证和理论建模两个角度，证明了信息分享行为对路径选择确实存在广泛的影响，分析了分享信息对路径选择的主要影响因素，并使用自底向上的建模方法，建立了网络交通流日变演化模型，模型在能够反映实际现象的同时，也具有非常好的理论性质。本研究相对传统研究的进步主要体现在两方面：1.从实验数据中，分析得到了日常路径个体选择行为的特点，发现现有理论都存在一定不足。2.运用丰富的实验和实测数据在接近实际的状态下检验了日变交通流宏观动态过程。本研究为交通管理、政策设计的实践提供理论支持。也为网络交通流研究探索一种新的手段。