面向城市CBD路网多个拥堵子区的交通疏导与边界控制协同方法

As the heterogeneity of traffic density and congestion in urban road network, it’s essential to coordinate the network outputs between multiple sub-networks in CBD, and balance the service levels between CBD and non-CBD networks..For reducing the high complexity of intersection-level modeling, the modeling method of transportation system based on sub-region level by means of MFD theory is proposed. Furthermore, hierarchical synergistic approach for congestion management of CBD road network will be developed. At the low level, coordinated control of boundary flow using MFD among multiple congested sub-regions is implemented to balance the service level or degree of congestion of these sub-regions. .At the high level, the collaborative workflow model of border control and route guidance is to be established based on Petri net. Then, the density distribution and state of traffic flow will be balanced among sub-regions, which aims to maintain the service level of CBD network and reduce the total travel delay time of non-CBD network. The traveler’s behavior under condition of traffic congestion will be also modeled by fuzzy set theory. In addition, simulation scenarios are to be designed to verify the effects of traveler’s route decision on congestion management..This project belongs to the frontier of the researches on the MFD theories. There is important academic theory value for this research, and it will contribute to real congestion management of local government, such as congestion pricing and coordination management.

由于路网交通流密度与拥堵分布不均，如何协调CBD路网中各子区间的交通服务水平，以及平衡CBD与其临近路网之间的路网服务水平，是CBD路网交通管理的核心问题。为避免路口级建模带来的高复杂度，借助宏观基本图理论将CBD路网划分为多个拥堵均匀分布的子区。基于子区级建模思路，研究面向CBD路网的拥堵管理递阶协同方法。在低阶层次上，以MFD作为子区路网性能评估工具，进行多个拥堵子区间的边界流量协同控制，实现区域间的服务水平与拥堵程度均衡。在高阶层次上，建立CBD边界控制与非CBD交通诱导的协同工作流网，通过协调各子区间的交通流密度分布及其状态转移，以保持CBD路网达到一定服务水平，同时尽可能降低非CBD路网的总延误时间。研究拥堵疏导情形下的出行者行为模糊建模方法，通过仿真案例验证复杂出行行为对拥堵管理的影响。本项目研究属于国际MFD理论研究的前沿课题，将为城市中心区治堵、拥堵收费等管理实践奠定基础。

（1）研究背景：大城市交通流优化控制，即是控制理论研究的难点，也是实际城市管理中的痛点。在自下而上从微观路口出发，试图全局性解决城市交通拥堵问题的研究思路难以奏效的情况下，本项目另辟蹊径换而从宏观交通出发，寻求先从区域层面实现对城市CBD区域的保护性控制。一是突出了控制目标的侧重点，二是降低了建模的复杂度。这就有可能为城市交通管理，开辟一条自上而下的研究新路径。.（2）研究内容：交通出行行为建模、交通流疏导与管理策略、基于MFD的多模式交通门限控制、多个拥堵子区的边界低阶协同控制、基于Petri网的多策略高阶协同优化、宏观交通仿真平台。具体包括：为提高边界控制效果以缓解中心保护路网的总延迟，提出了与路径诱导策略相结合的边界流量控制框架。该框架主要由三个模块组成。首先，通过区域级别的模型预测控制策略优化区域边界流量；其次，采用内部流控制器以均衡子区间的交通流密度，并通过监测缓冲区内排队车辆数来触发路径诱导策略；最后，提出的交通流模型可以用作客观评估路网性能的仿真工具。.（3）重要结果：A、提出了多模式路网分区算法。该算法包含初始化分区，分区合并，局部调整三个算法步骤。B、得到区域范围内公交车速度对社会车状态依赖性更强的结论。C、公交车客流MFD存在复杂的迟滞环。通过对深圳市路网的分析，得到公交车MFD比社会车MFD更为明显的车流下降趋势，说明在国内大城市公交车系统中也存在MFD规律。D、完成考虑缓冲区容量的边界控制与诱导建模与仿真研究。此外，还分析了缓冲区容量对路网整体性能的影响。结果表明，较大的缓冲区对提高路网性能具有积极的影响。.（4）科学意义及应用前景：在基于交通大数据的MFD实证研究和边界控制理论研究方面，形成了针对国内大城市特征的完整研究体系。项目计划以现有的交通大数据分析和MFD边界控制技术为基础，形成三个层次的技术能力并进行实际应用方面的探索：数据深度分析技术、数字孪生公交系统和MFD交通融合控制技术。