城市交通高峰期出行动态特性及空间分布均衡性研究

在各种交通拥堵中，居民通勤引起的早晚高峰期拥堵历来是影响城市发展的焦点问题。交通拥堵受城市居民分布影响，而长期的交通拥堵也会影响城市空间结构的演化，二者相互影响，关系密不可分。.本课题首先基于交通流物理特性，研究单中心城市交通流量时空演化，建立能够刻画通勤者动态出行的均衡模型；然后依据所建立的均衡模型，求解出不同地点居民的总通勤成本，该成本不仅包含道路行驶时间成本，还要计入未能准时上班引起的延误时间成本。.接下来，考虑在更长的时间段内，居民依据总通勤成本，为了规避交通拥堵而改变居住位置的迁移行为，内生出长期均衡下的城市居民分布和通勤成本。.最后，讨论如何通过拥挤收费和匝道控制两种管理政策对城市交通拥堵与居民分布施加影响，提高城市居民福利、保证交通系统效率，为城市的长期规划、布局提供参考。

本项目以城市高峰期通勤者行为为研究对象，从分析城市居民通勤行为动态特性入手，扩展到对居民空间分布均衡和通勤成本研究上，最终分析了在居民动态出行背景下城市主干道的通行能力设计、拥挤收费定价和匝道控制等管理办法。. 在分析城市居民通勤行为动态特性方面，基于经典交通流理论的LWR模型，刻画了高峰期通勤行为特性，在匝道离散分布的条件下，证明了用户均衡条件下，主干道沿线下游居民将始终与上游居民混行，距离CBD越远，高峰期越长，而居住在城市边缘的居民将在整个高峰期以较低的常数出发率出行；找到了“走廊问题”的最优解，并证明了其唯一性。发现不在主路内控制流量，仅依靠入口匝道控制可以达到最优解。最后还设计了相应的拥挤收费政策，亦能使该收费政策下的用户均衡达到系统最优。. 在对居民空间分布均衡和通勤成本研究上，发现高峰期通勤成本不仅与总的通勤人数有关，还与通勤需求的空间分布有关；如果假设通勤需求空间分布不变，因为通勤拥挤的影响，通勤成本的增加是总通勤人数的凹函数；此外，城市内任何一处出行需求的增加都会对各处出行成本有不同的影响，这与以前基于静态均衡的研究不同，加深了对城市通勤动态成本的认识。. 在管理办法研究方面，研究了居民动态出行背景下城市主干道的通行能力设计问题，并发现虽然道路通行能力的非连续特性将使出行成本有所上升，但是最优拥挤收费下，仍能保证该道路修建项目的收支平衡；传统研究认为交通控制往往难以在效率与公平间兼顾平衡，但是我们的研究发现短期的最优控制方案正是某种基于需求最公平的方案，而长期最优控制方案也分别被两种公平测度所限制，即公平与效率可以在一定程度上兼顾，而不总是相互矛盾。. 本研究有助于加深对复杂公共交通出行行为的理解，为优化城市交通发展方式，改善城市规划与管理效率的同时兼顾公平提供了科学依据。本项目到目前为止共发表标注论文11篇，其中国际刊物论文3篇、会议论文7篇，中文《管理科学学报》1篇；签约Springer出版社拟出版英文专著1本。