道路交通网络退化通行能力及其可靠性研究

In a real environment, a variety of traffic events always interfere with the operational state of road networks, such that the capacity of road networks is subject to degradation, which results in a lot of traffic problems with great impact on the operational efficiency of cities and the quality of people's lives. Scientific assessment of the operational state of road networks under the influence of traffic events is the foundation of urban traffic organization and management. Degradable capacity, defined as the maximal degradation level of link capacities under the condition that the current traffic demand can be accommodated with a specific quality of service, represents the capability of a road network to maintain its normal operational state in the presence of network-disruption incidents. This research project tries to establish a theoretical model to quantitatively assess the degradable capacity of a road network, and reveals the internal relationship between degradable capacity and reserve capacity of a road network; Then, a performance index of road networks is set up in the light of degradable capacity, and it can be used as a basis to construct a reliability model for characterizing the operational state and exploring the evolution rule of the operational state of road networks under the influence of traffic incidents. Finally, the relationship between road maintenance and reliability is discussed, and a maintenance decision-making model based on road network reliability is constructed. The study of this project contributes to providing theoretical guidance for traffic operation and management, and road maintenance and management in the presence of uncertain network-disruption incidents.

在现实环境中，各种交通事件时常干扰着道路交通网络的运行状态，导致其通行能力发生退化，由此引发各种交通问题，严重影响城市运转效率和人们生活质量。科学评估路网在交通事件影响下的运行态势是交通组织管理的基础。在确保路网能够以一定服务水平承载当前O-D需求的条件下，路网中路段通行能力的最大退化水平称为道路交通网络退化通行能力，它体现了路网在交通事件影响下维持正常运行状态的能力。本项目通过构建理论模型来定量评估道路交通网络退化通行能力，并揭示退化通行能力与备用通行能力之间的内在关系；进而根据退化通行能力建立路网性能评价指标，构建路网运行状态可靠性模型，探究交通事件干扰下路网运行状态的演变规律；最后通过分析道路维修改造与路网可靠性之间的互动关系，构建基于路网可靠性的道路维修改造决策模型。本项目的研究可为不确定交通事件下的交通运营管理、道路维护管理提供理论指导。

本项目针对道路交通网络退化通行能力、交通运输网络容量可靠性建模与评估进行了深入研究，主要研究工作包括如下四个方面：(1)建立了道路交通网络退化通行能力的双层规划模型，通过解析分析和数值计算发现，道路交通网络退化通行能力与备用通行能力成互为倒数的关系，这一发现为度量道路交通网络承受交通事件影响的能力提供了新的途径；(2)通过引入运输边的容量下界的概念，建立了交通运输网络容量可靠性评估的改进极小路向量模型，证明了求解极小路向量可以通过求解网络可行循环流来实现，为极小路向量问题的解决提供了新的视角；(3)建立了交通运输网络容量可靠性评估的改进极小割向量模型，为了确定更紧的模型约束条件，提出了一种更高效的方法来计算各条运输边的最小容量，从操作的层面将候选极小割向量的验证条件从两个简化为一个，提出了两种全新的重复极小割向量识别方法；(4)以容量可靠性为决策目标，建立了交通运输网络设计模型，并通过具体的实例分析验证了模型的实用性和有效性；根据容量可靠性的概率特性，提出了期望运输能力的概念来评估交通运输网络的运行质量，并给出了期望运输能力与容量可靠性之间的计算关系。本项目的研究成果可为交通事件影响下的道路交通管理提供理论指导，为不确定环境下交通运输网络的性能评估提供理论方法。主要成果：发表学术论文10篇，其中SCI检索的期刊论文8篇；出版著作1部；项目主持人入选“2019年度国家邮政行业科技英才推进计划”，培养硕士研究生2名。