基于混杂Petri网的城市路网交通拥堵波及效应研究

城市路网中，交通拥堵一旦发生必然会打破路网原有的交通稳态，引起局部性交通受阻，甚至有可能蔓延成区域性交通堵塞。本课题针对城市路网交通拥堵的传播特性展开研究。从道路车流输入/输出通行能力、交叉口信号配时、道路中的路段交通流特性三个方面入手，揭示拥堵传播的规律，准确刻画城市路网动态交通流。以此为基础，建立基于混杂Petri网的交通流模型和仿真监控平台，模拟城市路网动态交通流的状态变化，判定交通拥堵的出现，根据交通拥堵发生时刻的路网状态，计算并预测交通拥堵在路网中沿车流相反方向的传播过程，得到拥堵发生后特定时段路网中的交通状态，量化交通拥堵的影响强度、传播范围及持续时间，以此表征交通拥堵的波及效应。通过本课题的研究，可以为有效调控路网车流，提高路网运行效能，研制能够识别、避开拥堵区域的先进交通管理与控制系统奠定理论和技术基础。

城市路网中，交通拥堵具有传播特性，局部性交通受阻会蔓延成区域性交通堵塞。课题针对城市路网交通拥堵的传播机理，从时空宏观角度对交通拥堵在城市路段以及交叉口的传播特性展开研究。.提出了一般道路交通流离散模型表达城市路段交通拥堵传播机理。模型可以表征交通流在路段上的合流、走行和排队运行特性。走行特性划分为四个交通状态，并运用流量守恒和车辆先入先出规则来描述，而合流和排队特性则与路段两端交叉口信号调度关联起来。模型据此可以表达车辆在路段上积聚和消散的传播特性，计算交通拥堵在路段上的波及效应。在此基础上分析了路段两端信号相位设置对路段拥堵传播特性的影响，给出了交通拥堵瓶颈路段的判断方法，描述了城市瓶颈路段的宽运动阻塞特性。研究结论有助于消除交通网络信号配时设置引起的交通瓶颈，有利于描述交通阻塞下交通流的时空演进特性。.城市交叉口交通拥堵传播机理研究工作从交叉口信号调度、来向路段交通流特性、去向路段交通流特性三个方面展开。提出了交叉口时刻通行能力分配离散模型来表达交叉口去向路段对来向路段的拥堵传播机理。模型定义了去向路段的离散时刻通行能力，给出了该通行能力按照车流对应的信号相位特征以及车流属性进行分配的方法，该分配方法可以确定来向路段到去向路段车流量，表征去向路段对来向路段的拥堵传播强度；提出了驾驶员择路分流离散模型来表达交叉口来向路段对去向路段的拥堵传播机理，该模型运用随机用户均衡理论表达驾驶员在来向路段拥堵传播效应累积情况下的择路分流行为，确定了择路分流发生的条件，给出了择路分流车流量的确定方法，可以解释交叉口路段的拥堵能否传播给上游邻接路段的多种现象。基于交通拥堵交叉口传播机理的认识，运用混杂Petri网对交叉口交通流的动态特性进行了建模，并将模型的仿真结果与实际检测值进行了对比分析。.基于路段和交叉口的拥堵传播机理，确定了交通拥堵网络传播的一些特性，如拥堵传播源，路段拥堵传播的免疫力等，给出了交通网络非拥堵路段到拥堵路段的状态转化关系，并将该关系应用于拥堵控制策略的制定当中。.交通拥堵传播机理的研究成果深化了交通流特性的认识，可以计算交通拥堵的波及效应，由于目前无法表征非线性交通系统存在的随机因素，计算出来的波及效应目前与实际情况还存在一定的误差，但该机理对于发现引起交通拥堵传播的瓶颈因素以及评估交通拥堵控制的效果却有着积极的意义。