城市等级性道路网络与公共汽车交通网络协同优化方法研究

Optimal utilization of urban road network to guarantee bus priority and convenient travel is not only the way to deal with traffic problem under the background of surging traffic demand and increasing traffic congestion, but also important for urban efficiency and social justice. To study this problem is theoretically and practically significant. This project particularly analyzes matching relations of road network structure and passenger structure (bus passengers and car passengers), based on interaction analysis of urban road network and urban spatial structure as well as regular public transport network. Then, the initially graded and hierarchical optimized ones of regular public transport network are utilized to redefine urban road network hierarchy. Furthermore, bi-level programming model for hierarchical road network collaborative optimization is established with the objective functions of each hierarchical level and the whole network. The upper model is overall optimization of arterials, central transfer stations, and branches, while the lower one describes bimodal traffic equilibrium model for bus and car. Finally, the urban road network optimization is completed by solving the model. All of the investigations come to hierarchical optimization method for road network under the guidance of bus priority. This study will provide new direction and new theories for urban road network planning to promote bus priority and improve traffic performance of road network.

最佳地利用城市道路网络以保障公共汽车交通（本项目简称公交）优先和便捷出行，不仅是应对交通需求剧增、日益拥堵背景下的交通问题，还关系到城市的效率和社会公平性，其研究具有重要的理论意义与实践价值。本项目特别在剖析城市道路网络（路网）与城市空间结构及公交网络间互馈关系的基础上，解析各等级子路网中客流结构（公交客流与小汽车客流）与路网结构的平衡关系；利用公交网络的层次分划和分级优化结果等重新划分城市道路网络等级；在此基础上，构建包含各等级目标函数及全路网目标函数的城市等级性路网协同优化双层规划模型，上层为干道网、换乘中心站、支路网的整体优化模型，下层为公交车和小汽车的双模式交通平衡模型，并求解模型完成城市道路网络优化，进而提出公交优先为导向的城市道路网络的等级优化方法。研究成果将为城市道路网络规划方法提供新方向和新理论，促进公交优先，并提升路网的交通性能。

城市等级性道路网络优化方法的研究具有重要理论与实践意义。剖析了城市道路网络与城市空间结构及公交网络间互馈关系，解析了各等级子路网中客流结构与路网结构的平衡关系；利用公交网络的层次分划和分级优化结果等重新划分城市道路网络等级；在此基础上，构建包含各等级目标函数及全路网目标函数的城市等级性路网协同优化双层规划模型。给出等级结构道路网络中可变信息板（VMS）影响下的随机用户均衡（SUE）条件下的交叉巢式Logit（CNL）路径选择模型及其等价数学规划，并设计了网络流分配算法，实例分析表明，所设计的CNL路径选择模型能有效地够反映路网的等级特征和VMS信息作用。研究了将多项式Logit（MNL）、C-Logit（CL）、Path Size Logit（PSL）、以及CNL等应用于VMS信息条件下等级性道路网络中时对性能的综合影响并进行弹性分析。建立了交通事件发生前服务水平局部恶化时最小化路网交通需求的双层规划模型；以最大化应急交通可靠度和最小化期望路网出行时间为目标，建立了事件持续期的多类别多目标随机优化模型，通过多种情景计算研究(应急疏散)降级路网设计方法，分析了先进出行者信息系统（ATIS）占有率与服从率对全网及应急交通出行总时间费用的影响。结合两类路段容量降级（积极降级与被动降级）与ATIS市场占有率以及VMS信息效用，建立了最大化出行时间可靠性的多层规划模型，设计了内嵌MSA方法的基于路径的求解算法并应用于Nguyen and Dupuis网络检验，揭示了ATIS、VMS、占有率、出行需求OD等对路网性能的影响。由于出行者的自私择路行为，路网效率损失在所难免；在建立Logit-SUE 的等价变分不等式（VI）的基础上推导出SUE 和Stackelberg 策略条件下交通网络的效率损失表达式；基于多项式Logit和交叉巢式Logit两个Logit模型，剖析了Stackelberg路径策略和拥堵收费对随机网络均衡路网效率损失上界的综合影响。