雨天城市道路网络交通流特性分析及拥堵控制策略研究

The characters of road network under rainfall condition are quite different from that of normal condition. The performance and reliability will decrease. The rainfall condition will seriously affect daily trip of people and the normal operation of traffic system. This project will obtain and merge the traffic flow data of road network under rainfall condition. The fundamental diagram, car following character and route choice behavior under rainfall condition will be revealed. The traffic flow theory of single road will be improved, which will be incorporated into the road network model. The influence of rainfall intensity, route choice behavior, traffic demand and signal control strategies on the formation, propagation and characters of macroscopic fundamental diagram will be studied. The optimization theory and computer simulation will be combined to study the static route guidance strategies. The perimeter and boundary flow control strategy will be studied based on the properties of macroscopic fundamental diagram. The effectiveness of the proposed strategy will be tested through simulation. The research work of this project will promote the performance of urban traffic system under rainfall condition and provide a good theoretical basis for the urban traffic congestion management and control under rainfall condition.

降雨天气下城市路网的运行特性与正常天气下的运行特性有着明显的不同；其运行效率以及可靠性明显降低；严重影响了人们的出行和交通系统的正常运行。本项目拟对雨天城市交通网络实测数据进行获取和融合，提取雨天城市交通流基本图、驾驶员跟车特性和路径选择行为。改进现有的道路交通流理论，建立雨天城市网络交通流仿真模型。通过仿真模拟，揭示降雨强度等级、路径选择行为、需求分布、信号灯控制策略等因素对城市网络交通拥堵的形成、演化过程以及宏观基本图性质的影响。根据雨天拥堵形成机理和传播特征，采用最优化理论与计算机模拟相结合的方法，研究雨天静态路径诱导策略。基于雨天城市网络宏观基本图性质，设计周边流量控制策略，通过仿真实验验证所提策略的有效性。本项目的研究有助于提高我国雨天城市交通系统的运行效率，为城市交通管理部门预防、控制以及缓解雨天的交通拥堵提供重要的理论依据。

项目组在单条道路、交叉口、城市网络交通流、行人交通流方面做了大量的实验、建模仿真、数学分析和系统优化工作。.（1）在单条道路层面，项目组获取了多车跟驰的交通流实测数据。对实测数据进行分析，得到了驾驶员在跟车时的驾驶特征。并进行建模，模拟结果和实测结果吻合的很好。利用微观交通流元胞自动机模型理论，建立了自动驾驶车与人工驾驶车混合交通流动力学模型。采用2-cluster方法对具有完全并行更新的双车道交通系统进行了数学解析。在单条道路的元胞自动机交通流模型中考虑了速度的非同步更新。该系统达到最大流量的临界密度高于原始的NaSch模型。新模型中的速度分布更加合理。.（2）在交叉口交通系统中，我们采用并行更新规则研究了十字交叉口的时空演化过程。分析得到了系统相图中各个区域的流量公式。运用了完全非对称排他过程（TASEP）模型对交叉道路的交通流进行了研究。我们进行了集簇平均场理论分析；相比较简单平均场理论的结果，集簇平均场理论的结果更加接近于模拟结果。.（3）针对城市网络交通系统，我们在先进的出行者信息系统（ATIS）中提出了一种改进的行驶时间反馈策略。我们将该策略和其他三种策略在双路径场景中进行了对比。在对称的双路径场景中，分段长度越短，流量越大。存在最优的分段长度使得系统的行驶时间最短。在曼哈顿类型城市网络中，我们提出了拥堵系数和旅行时间2个全局路径诱导策略。相比于固定的路径信息，新策略能够在每个交叉口向出行者提供实时最优路径诱导信息。模拟结果表明这2个全局策略优于局域的路径诱导策略。我们提出了一个模拟框架模拟了网约车平台、驾驶员、乘客的即时网约出行行为；实现网约车订单的匹配、派单、接单、动态路径规划等仿真功能；定量评估不同的网约平台策略对驾驶员和乘客行为产生的影响。.（4）此外，项目组开展了一些行人交通流和疏散动力学的实验和仿真等相关内容的研究。基于社会力模型，采用动态导航场研究了行人疏散过程。研究了二维网格上交叉行人流的交通。对系统的自由流状态、中间态和高密度态进行了数学解析。对可跨越障碍物下的场景进行了行人疏散实验。基于最小耗能的行人速度方向及大小选择模型，结合实际人体结构三圆组合简化，加入主动侧身行为，探究行人的运动规律。.本项目在实施中，发表SCI论文15篇。在国际、国内会议上作报告6次。申请发明专利3项，授权3项。培养硕士生7名。