基于交通流breakdown的城市快速路行程时间可靠度机理解析、建模和应用研究

Travel time reliability is considered to be one of the key indicators for the performance of transport system and has a wide application in transport planning and intelligent traffic management system. Comparing with previous studies that commonly ignore traffic breakdown characteristics and are lack of explaining the mechanism of travel time unreliability, this project will study the mechanism and modeling of travel time reliability considering typical disturbance integrating car-following theory and traffic psychology. Firstly, with the analysis of occurrence, spatial-temporal evolution of traffic breakdown, the mechanism of travel time unreliability caused by various disturbances and stochastic nature of traffic flow is revealed. Based on which, the framework of considering traffic breakdown in the modeling of travel time reliability is presented. Secondly, based on the above mechanism explanation, the probability model of traffic breakdown (PB)and travel time variability model are studied. By analyzing the propagation rule of traffic disturbance in network traffic flow, route-level travel time reliability model is established, as well as a feedback framework of travel time reliability, network planning and design, and traffic management. Finally, real-detected data is used to calibrate the key parameters of the proposed models, and construct validity and predictive validity are applied in the validity of traffic breakdown model and travel time reliability model. This project proposes a new angle of view and new methods for the study of travel time reliability, and will provide a theoretical basis for the layout and design of expressway network infrastructures, and developing strategies of traffic operation and management.

行程时间可靠度是衡量交通运输系统性能的重要指标，在交通规划、智能交通管理等领域有着广泛的应用价值。针对以往研究忽视交通流breakdown特性、缺乏对行程时间不可靠机制研究的问题，本项目结合交通流跟驰理论和交通心理学等理论，以交通流breakdown发生和时空演化过程为核心，研究由各种扰动因素和交通流随机性共同作用引起行程时间不可靠的内在机制，提出基于交通流breakdown的行程时间可靠度建模框架。在此基础上研究交通流breakdown概率模型和行程时间变异性模型，结合交通扰动在网络中的传播规律，建立路径行程时间可靠度模型，并提出行程时间可靠度与路网规划设计和交通运行管理的反馈机制框架。通过实测交通数据标定模型关键参数，利用结构标定和预测标定方法验证模型有效性。本研究提出了行程时间可靠度建模的新视角和新方法，为快速路设施规划和设计、交通运行管理策略的制定提供理论依据。

行程时间可靠度是衡量交通运输系统性能的重要指标，在交通规划、智能交通管理等领域有着广泛的应用价值。基于交通流breakdown的行程时间可靠度模型，其核心是通过研究在交通流自身随机性和各种扰动因素共同作用下交通流breakdown的发生条件、发生概率和在路网中的演化过程，来研究对行程时间可靠度影响。即建立以交通流随机性特征参数和扰动特征参数为间接变量、以交通流breakdown特征参数为直接变量的行程时间可靠度模型框架。因此，本项目首先研究离散“面域”基本图的交通流复杂特征、交通扰动类型及作用机理、交通流breakdown的发生条件和演化过程；通过对典型扰动下交通流breakdown概率的建模，来研究交通扰动在交通流随机性特征作用下的演变过程，解释了交通流不稳定、行程时间不可靠的本质，提出以交通流breakdown视角研究行程时间可靠度的新方法。其次，针对以往研究忽视交通流breakdown 特性、缺乏对行程时间不可靠机制研究的问题，本研究融合交通物理学、风险评估理论、跟驰理论和交通心理学等多学科的相关理论方法，以交通流breakdown演化过程的衍生变量和交通流breakdown概率作为输入变量，建立行程时间变异性模型和行程时间可靠度模型。再次，基于典型扰动在网络中的传播规律将路段交通流breakdown概率和行程时间变异性整合，建立路径级行程时间可靠度模型，并提出行程时间可靠度与路网规划设计和交通运行管理的反馈机制框架。最后，通过实测交通数据标定模型关键参数，利用结构标定、预测标定和案例验证等方法验证模型有效性。本研究提出了行程时间可靠度建模的新视角和新方法，为快速路设施规划和设计、交通运行管理策略的制定提供理论依据。