城市道路网络交通拥堵快速甄别与演化分析方法研究

Focusing on the increasingly noticeable problems of urban traffic congestion, with the theory of macroscopic fundamental diagram, the traffic congestion mechanism and the laws of its evolution and dissipation are investigated. On that basis, method of fast recognition for network traffic congestion a new sub-network coordination strategy is proposed for traffic congestion prevention and evacuation. Firstly, with a method combining phenomenon observation, simulation experiment and theoretical derivation, the characteristic of network traffic with different traffic demand is analyzed, and then the fundamental relation between the characteristic parameters of traffic flow and the network (e.g. topology and management measures). Secondly, the modeling of macroscopic fundamental diagram for urban network under China's complex traffic environment is explored and the time-space distribution of traffic congestion in a network and the laws of its evolution are studied with the macroscopic fundamental diagrams of the sub-networks. Fast recognition method of network traffic congestion is proposed at he basis of partitioning analysis. Then, a dynamic network partitioning method under the condition of network congestion is proposed, and the optimization model of sub-network coordination based on macroscopic fundamental diagram are studied. Finally, simulation evaluation and empirical study of the results of this research are studied. The findings of this study will expand and enrich the traffic flow theory, provide theoretical foundation and methodology in urban traffic congestion prevention and evacuation quickly, and has significant value in establishing the coupling relationship between supply and traffic demand.

以日益凸显的城市交通拥堵问题为背景，利用交通流宏观基本图理论，分析城市路网交通拥堵的形成机理及演化和消散规律，并提出路网拥堵的快速甄别方法，以及预防和疏导网络交通拥堵的分区协调策略。首先，利用现象观察、仿真实验及理论分析相结合的方法，解析不同需求条件下的网络交通特征，揭示主要交通流特征参数与网络特征参数（拓扑结构、管理措施等）的基本关系；其次，研究我国复杂交通环境下的城市路网宏观基本图建模方法，并利用各分区宏观基本图研究路网交通拥堵的时空分布特征和演化规律，提出基于分区分析的路网拥堵快速甄别方法；再次，研究拥堵条件下的动态分区方法及基于宏观基本图的分区协调优化模型；最后，进行仿真评价和实证研究。研究成果可拓展和完善交通流理论，为制定快速预防和疏解路网交通拥堵的管理措施提供理论基础和方法支持，对建立网络交通供需耦合关系奠定基础。

以城市道路为研究对象，以日益凸显的交通拥堵问题为背景，在充分的调查、数据分析和仿真实验的基础上，建立路网宏观基本图模型，分析城市道路交通流运行特征和交通拥堵机理，并提出预防和疏导交通拥堵的分区协调策略和控制管理方法。在广州、佛山及铜仁等城市选取73个交叉口、100个路段、71个匝道进行交通调查，获取交通流运行特征、道路特征和交通管理等数据，另外通过问卷调查获得8519份关于出行特征和出行感受的数据。在此基础上，本课题首先开展宏观基本图研究，面向网络交通管理提出一种宏观基本图的建模方法，并通过分段线性拟合描述宏观基本图，在此基础上提出一种确定网络交通承载能力的方法，路网的交通承载能力为宏观基本图的持续段和下降段分界点对应的网络内的车辆数。其次，课题运用数据分析和仿真实验等方法开展了交通流运行特征和路网宏观基本图特征参数分析，分析了交通流在交叉口离散、冲突等特征，在网络上的出行意愿和出行方式等特征，进一步分析路网参数对宏观基本图的影响和交通流的组成对宏观基本图的影响；研究结果显示，随着交通流中大车比例增加，路网宏观基本图呈现规律性变化，本课题利用该变化规律提出一种基于路网运行效益的大车当量系数计算方法；在路网层面，以路网设置立交为例，分析宏观基本图的变化特征，结果显示，立交的数目和位置都对宏观基本图有影响，但是立交数据对宏观基本图的影响规律不明显，而当立交设置在路网外围对路网的承载能力和疏散能力都有较大的帮助。第三，研究基于出行者感受的拥堵概念和量化方法，并通过仿真实验分析拥堵产生和演化规律，结果显示：1）交通拥堵相对于交通需求增加具有滞后性；2）拥堵演化速度不仅与交通需求增加速度有关，还和当前交通状态有关；3）拥堵的消散过程与形成过程是非对称过程，消散速度高于形成速度。第四，建立交叉口交通关联度模型，提出一种考虑交通拥堵状态的交通小区动态划分方法。该方法可以实现交通小区的快速、自动划分。第五，提出基于朴素贝叶斯决策的交叉口拥堵识别方法和基于宏观基本图的路网拥堵甄别方法。第六，建立基于宏观基本图的交通小区协调优化模型和小区内部交通控制优化方法，案例分析表明，该方法对改善网络交通运行效益具有明显的作用；在此基础上研究交通拥堵的主动防控和快速疏导控制策略。最后，结合广州的实测数据进行了案例分析和验证。