交通瓶颈特征与拥堵交通形态间的相关性研究

本项目融流体力学、非线性动力学、应用数学、计算机科学和交通工程学于一体，多学科交叉，密切结合中国国情，研究我国道路交通瓶颈特征与拥堵交通形态间的相关性。通过对形式和强度不同的的典型交通瓶颈所诱导的交通现象观测，正确获取瓶颈交通流复杂的演化特征图像和实时数据。在合理统计和分析观测资料基础上，按照宏观和微观方法相结合、连续和离散观点相结合、确定性和随机性研究相结合的思想，区分主次，抓住关键，提出合理简化假设，建立适合于我国国情、能确切描述交通瓶颈特征与拥堵交通形态间相关性的交通流理论模型。研究理论模型的快速、准确算法，开展计算机仿真，进行模拟结果的理论分析和讨论，从而弄清交通瓶颈诱导交通拥堵的演化规律和机理，确定瓶颈特征与拥堵交通形态间的相关特性，为交通工程处理瓶颈交通问题提供科学依据，并促进流体力学和其它学科更好的交叉和结合，培养现代交通流理论研究的年轻人才。

本项目旨在研究道路交通瓶颈特征与拥堵交通形态间的相关性，以揭示交通瓶颈诱导交通拥堵的演化规律和机理，为工程上处理瓶颈交通问题提供科学依据，并促进流体力学和其它学科间的交叉和融合，培养现代交通流理论研究的年轻人才。由于目标明确，任务具体，组织得力，加之有良好的研究基础，本项研究执行顺利，取得了良好的研究成果。依托该项目基金资助，已发表学术论文20篇，其中SCI检索17篇, EI检索13篇，ISTP检索3篇（其中10篇为SCI/EI双重检索，3篇为EI/ISTP双重检索）。培养博士生4名，硕士生1名，另有2名博士生、2名硕士生在读。成功组织了一次国内青年学者参加的交通科学研讨会。4人3次出席了在国内召开的国际学术会议，宣读论文3篇。主要创新性工作有：组织小型车队开展了可控性交通实验，检验交通流理论的一些基本假设，以探索解决当前交通流理论研究中几种对立观点间分歧的方法。着重采用微观粒子跳跃分析方法（元胞自动机方法、格子气方法），更新或者新建更为符合交通实际的理论模型，并进行相应的解析分析和计算机模拟，得到复杂交通流现象的演化特征以及不同交通形态之间的相变规律。包括：改造BML元胞自动机模型，引入随机性，慢启动规则，道路交叉口立交或动态交通管制等，研究了城市网络交通中不同瓶颈下的拥堵交通形态特征；改进NS和FI这些基础型元胞自动机模型，模拟和分析路网和道路交通最基本的瓶颈元素——道路交叉口诱导的复杂多变的交通形态（相）及其形态间的转化（相变）；应用物理学中研究非平衡系统演化的有效工具——非对称排它过程（ASEP）基础模型以及由此发展的KLS模型，针对不同结构形式的交通瓶颈，设计不同的推广模式，用于车辆或行人交通特性的研究，从而，更深刻认识到瓶颈交通系统复杂演化的物理本质；把演化博弈论引入到并行更新规则下的格子气行人流模型研究中，较好地体现了实际行人的心理、性格等特点，所得结果更符合行人流交通实际。上述所有理论研究，既有数值模拟，又有一定简化条件下的解析分析，两者结果能比较好地相吻合。