基于系统动力学的城市交通结构控制

Urban traffic is a complex system that passive management cannot be adapted to. Aiming at changing this situation in China, the project extracts factors contained by urban traffic structure and analyzes the causality of these factors when the structure evolves. Furthermore, the react of the system and the operating mechanism of control policies are explored to build the system dynamics model of traffic structure evolution. By discovering the method to explain the system state, the multi-effect of policy implementation, the way to define the threshold of control variables and the theoretical methodology of generating the traffic structure control strategy, simulation software can be developed to simulate the evolution. The results of this project can not only realize intelligent and systematic traffic decision-making which benefits the mitigation of traffic congestion, but also promote the application of system dynamics in the transport field and enrich the theory.

鉴于城市交通的系统性、复杂性以及我国城市交通管理的被动应付现状，本项目抽象影响城市交通结构要素，分析影响城市交通结构演化的要素间因果关系；明确系统反馈形式和政策控制规律，建立城市交通结构演化的系统动力学模型；研究系统状态描述方法、政策实施的多重效应、控制变量阈值确定方法和交通结构控制策略制定的理论和方法；设计开发城市交通结构演化和控制的仿真软件。成果一方面可以使交通决策实现智能化和系统化，有利于从根本上缓解城市交通拥堵；另一方面也能推进系统动力学在交通工程领域的应用，深化和丰富系统动力学理论。

城市交通是一个复杂系统，多种交通方式、多种交通政策之间相互联系、相互作用，厘清这些变量间的反馈关系是实施好交通结构控制的前提。本项目借鉴系统动力学的思想，针对多方式复合交通结构，建立城市交通结构演化的系统动力学模型，形成城市交通结构控制决策软件，用以支持城市交通管理变被动的交通治理为主动的交通引导。.具体研究内容如下：.1）从交通效率出发，建立了城市路网密度优化模型。从网络交通效率的角度证明了在给定交通需求下存在最优密度，表明了交通信号控制在道路网规划设计问题中的重要地位，探讨了开放封闭式街区对于网络交通效率提升的有效性。.2）作为系统状态表征，分析了如何提取路段行程时间特征。基于车牌识别数据分析了城市道路行程时间的平面分布特征，给出了量化表达和物理解释，阐明了信号控制对行车时间叠加图特殊数据特征的影响。.3）构建考虑心理因素的方式综合转换成本测算模型。运用条件价值法，通过问卷调查得到出行者的个人属性、出行方式链选择以及为了避免方式转换环节的最大支付意愿价格，标定了不同转换级数下全方式间的固定转换成本矩阵。.4）针对城市居民多方式组合出行的特点，以多方式复合路网为载体、网络小汽车加载量为控制目标、方式周转量比例为交通结构评价指标，建立城市交通结构控制的系统动力学模型。在考虑了系统一阶物质延迟的基础上，演绎小汽车限行政策作用的短期演化过程；研究小汽车限行政策、限购政策联动作用下的系统演化规律，并提出了政策联动控制策略。.5）建立公交运营优化模型。运用博弈论相关理论，建立了市场寡头博弈下的公交线路运营优化模型和基于政府、公交公司、出行者三方博弈的公交政策优化模型，为政策仿真提供理论支持。.6）搭建了城市宏中微一体化的交通仿真平台，揭示交通流状态变量的时空分布规律及其与交通控制变量间的关系，对这些现象进行解释与分析，进而对交通结构控制策略进行优化、比选和评价，为科学制定交通建管决策提供依据。