基于均衡原理的单向交通瓶颈路段诊断法

以单向交通组织区域边界的道路节点为OD点,把交叉口转向流线虚拟成路段,转向车道的通行能力作为虚拟路段的容量,转向车道的行程延误作为虚拟路段的交通阻抗,与实际的路段一起组成单向交通组织区域节点OD之间的路径,采用集合运算合成节点OD之间的通道容量。利用交通均衡方法,经交通分配得到单向交通组织区域的路段和虚拟路段的交通量。通过计算饱和度判断路段和交叉口的拥挤程度,诊断出交通瓶颈,为单向交通组织方案的完善提供可靠的支持。     

能力约束下的停车行为模型及其求解算法

建立了能力约束下的旅行选择和停车行为模型,模型同时考虑了出行者对旅行路径和停车设施的选择、道路路段和停车设施的能力约束以及道路网络的需求弹性。构造了数学规划模型,证明在非主动能力约束下,网络均衡条件与该数学规划模型等价;当能力约束为主动约束时,该数学规划模型的解不是网络均衡解,但当对路网的饱和路段和饱和停车设施征收某个附加费用之后,网络均衡解满足能力约束。设计了增广的Lagrangian对偶算法和部分线性化算法来求解该模型,并利用算例来验证模型和算法的效率及评价交通政策的效果。计算结果表明:停车收费、新增停车设施、停车设施与目的地之间的步行距离将显著影响出行者的旅行选择和停车行为。     

可直接计算转向流量的改进型DIAL交通分配算法

为了在交通分配中直接计算转向流量而不是通过事后推算获取,利用转向—路段拓扑关系及其衍生路段上流量守恒的规律,对Logit交通分配中最常用的DIAL算法进行改进。改进后的DIAL算法既继承了原算法的基本结构和全部优点,又可在得到路段流量的同时直接计算转向流量,且能避免传统的FURNESS、FRATOR等事后推算模型在进行路段流量至转向流量迭代推算时的过大计算量及其他缺点。最后通过一个经典算例验证了该算法的有效性。     

动态状态交通分配模型及其运用

静态交通分配模型不能很好地反映实际交通状况,而动态交通分配模型计算复杂、计算量大。本文基于动态用户状态均衡条件下,提出一种动态和静态交通分配的折衷方案———动态状态交通分配模型,给出了该模型计算路段平均队列长度和平均通行时间的公式,以及动态状态交通分配算法;最后给出一个运用于正常工作日动态交通分配的例子进行模型检验及其检验的数值结果。     

观测路径出行时间下随机网络交通需求估计

道路网络起讫点（OD）需求是城市决策长期交通规划和短期交通管理中的基础参数,准确的交通需求更是实施交通拥堵控制、限行限速、路径诱导等措施的先决条件。综合运用观测的轨迹已知和未知路径出行时间,建立随机网络交通需求估计双层规划模型。上层广义最小二乘模型最小化历史交通需求与待估交通需求、观测路径出行时间与待估路径出行时间之间的偏差,约束为交通需求、路段流量、路段出行时间与路径出行时间之间的传播关系,通过高斯混合模型（GMM）对其中轨迹未知的观测出行时间依概率聚类。下层为随机网络交通出行均衡模型,分别运用出行时间预算和随机用户均衡处理路网不确定性和出行者感知误差。上、下层之间通过交通需求和OD-路段关联比例进行信息传递。设计迭代算法框架求解双层规划模型,迭代算法包含求解上层模型的最速下降法、求解下层模型的相继平均算法和求解GMM模型的最大期望（EM）算法。通过算例表明轨迹未知的路径出行信息的加入在提升需求估计精度的同时也增大了估计值的方差;设计的迭代算法能够稳定收敛到10^-5的精度;GMM软聚类方法估计的交通需求显著优于硬聚类方法估计的需求值;交通需求值对观测路径出行时间的扰动更加敏感。研究考虑出行者风险态度,通过轨迹信息的重新构建揭示城市交通需求演化规律。     

基于最短路径搜索的动态随机交通分配

提出了一个基于Logit方法的动态交通随机分配模型,该模型通过最短路算法和随机分配来解决动态均衡交通分配中的出行选择问题,避免了以往动态交通均衡分配中解凸规划或非线性规划问题,同时不需要路径枚举,从而使本模型更适合于大型路网的动态交通分配．随后的算例证实了该模型的可行性。     

城市交通网络非稳定随机均衡分析

阐明了城市交通网络流量均衡的不稳定特征,并提出了非稳定随机均衡分析的概念.通过构建基于路网使用者选择行为判断的超级网络,揭示了基于一般简化网络利用随机用户均衡对非稳定均衡网络状态进行研究的不合理性,并通过增加相对独立的虚拟节点与路段修正了超级网络.基于修正的超级网络对路径选择概率进行分析,构建了基于路段流量加载的不动点流量分配模型.针对该不动点模型给出了相继平均法内嵌基于Monte Carlo模拟的随机加载过程的交通流分配算法,并用算例验证了该算法的有效性.通过比较非稳定均衡与弹性需求下的交通网络用户均衡,说明了非稳定均衡概念在交通网络规划中应用的重要意义.     

基于摩根斯坦效用函数的交通分配方法研究

研究了基于效用理论的均衡交通分配方法。传统的用户均衡交通分配使用用户走形时间最短为目标,根据Wardrop均衡准则进行交通分配。与经典的模型不同,假设路段走形时间为随机变量,用户考虑不确定性带来的风险,使用摩根斯坦效用函数描述用户的决策问题,构建了新的均衡准则和模型。随后作者给出了求解算法和算例,计算结果表明新的均衡准则能够更加准确的描述用户的路径选择行为。     

城市道路交通网络系统容量评估模型

以出行者出行行为选择为基础,以最大化网络容量为目标,建立了城市道路交通网络容量双层规划评估模型。其中下层引入停车路段（搜索停车设施所行驶的路段）和步行路段,把停车设施转化为道路路段,以出行分布、方式分担和均衡配流组合模型来反映出行者出行目的地、出行方式服从多项式Logit和出行路径服从用户均衡原则的出行选择行为;上层以网络储备容量最大化为目标,考虑网络的路段通行能力、外部环境以及服务水平要求等约束条件下的最大流量问题。最后给出了相应的启发式求解算法。研究结果表明：该模型和算法有效且易于操作。     

带转向延误的非对称多模式用户平衡模型及算法

为了在网络建模中更精确地反映交通网络和出行行为的复杂特征,从多模式用户平衡原理出发,综合考虑多模式和转向延误因素以及不同模式、路段和转向之间的非对称作用,利用变分不等式理论建立了带转向延误的非对称多模式用户平衡模型,并在精简对角化算法的框架内设计了求解算法。该模型集成了交通网络的诸多特征,且能直接刻画转向延误与转向流量之间的互动关系,避免了传统扩展网络法的缺陷。算例表明:该模型及其算法对问题的描述与求解是有效的。     

基于博弈论的高速公路网络关键路段识别方法

高速公路网络的关键路段识别对于网络的正常运营及潜在危险的评估具有重要意义。作为交通管理者,需要帮助出行者进行路径的选择策略以尽可能的规避风险并实现出行;而各种潜在威胁,以基于路段失效的策略尽可能地使网络服务能力降低,达到攻击网络的目的。将影响高速公路网络性能的潜在威胁看作网络的攻击者,与交通管理者构成攻防博弈的关系,构建了高速公路网络关键路段识别的攻防博弈模型,实现网络关键路段识别与交通流量分配的同步改善。引入加权熵函数,以表征网络攻击者发出攻击网络的信息的不确定性,结合用户均衡分配方法,提出了该博弈模型的求解算法。黑龙江省高速公路网络的算例结果表明,加权熵函数中的参数θ对关键路段排序结果影响不大,在θ=5时,该方法识别出关键路段排序结果均为路网中的问题路段(事故多发、多雨雪、高流量等),与经验情况及实际情况一致。同时,该方法还能够给出相应的路段流量分配比例,为交通规划与管理提供参考。     

基于系统最优的路段拥堵收费研究

拥堵收费是交通需求管理的有效措施之一,通过对拥堵路段收费引导和调节交通流量在路网中均衡分配,以缓解交通拥堵。本文以Sioux Falls网络为研究对象,基于系统最优模型,将收费额度转化为时间成本计入路段阻抗中,以系统出行总成本最小为目标函数建立路段拥堵收费下的均衡模型,数值计算结果表明,在无法将交通量转移出境的拥堵区内实施小额收费可以减小出行总成本,随着收费范围的扩大和收费额度的增加,出行总成本将快速升高。     

基于路网容量约束的火车站客流规模确定方法研究

路网容量是制约火车站发展的重要因素,为确保城市道路网络的有效利用,火车站客流规模应与路网容量协调发展.基于路网容量约束下,预测火车站到发客流、周边用地诱发客流及换乘客流.该预测模型以3类客流规模总和最大为目标函数,以城市道路各路段容量为约束条件,分析火车站枢纽衔接交通方式分担率,将火车站枢纽客流按照用户均衡方法加载到城市道路网络中进行迭代检验.以兰州西站作为实例,验证算法的可行性并给出合适的预测客流规模.      

基于潜在瓶颈路段识别的可变信息标志选址分析

为了降低交通事故和交通拥堵对城市交通的影响程度,科学、合理地确定可变信息标志(Variable Message Signs,VMS)规划布设的点位并最大地发挥其交通诱导功能,以VMS的交通分流作用作为其选址的前提,首先利用路段脆弱度指标进行潜在瓶颈路段的识别,并在此基础上结合VMS的影响范围,明确VMS选址的路段候选集合;其次,引用驾驶人对于交通标志记忆的统计数据,得到标志信息随行程距离的衰减规律以确定信息效益,采用ARCGIS软件的网络分析模块寻求可替换路径以确定绕行效益,运用改进的用户均衡交通分配模型求解从VMS候选路段出发的节点间重新分流路径以确定路网总行程时间;最后将VMS信息利用最大化、绕行效益最大化和路网总行程时间最小化作为优化目标,以VMS布设成本作为约束,建立VMS选址优化模型,并以快速分类的非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对选址优化模型进行运算。研究结果表明:以西安城区局部路网为例,可求得不同VMS设置数量下的点位布设非劣方案,从而验证模型和算法的可行性;随着路网VMS设置数量的增加,各Pareto解集的总体信息效益和绕行效益呈线性上升趋势,总行程时间呈线性下降趋势;合理的VMS设置数量能够使各选址方案的目标效益分布趋于集中。     

基于网络对偶均衡的交通流分配模型

利用交通网络中交通流量与阻抗的对偶均衡关系,提出一个基于节点-路段的交通流分配变分不等式模型。分析网络中流量与阻抗间的对偶关系,将交通流量与出行阻抗看作一对对偶均衡变量。利用这种对偶均衡关系,通过不断调整网络中局部组成元素的平衡关系式,最终得到网络均衡状态。对上述网络流与网络阻抗的制约平衡特征加以抽象,不仅得到一个新的交通流分配模型,而且得到一个模拟出行者行为的启发式模型求解算法。新的模型算法有两个突出优点,一是进行流量分配过程中可避免反复求解联接起讫点对的最短路径,二是可以根据流量分配结果方便的求出任意起讫点间的有效路径集,并明确路径流量。     

基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法

针对高密度路网诱导路径选择问题,基于图论对路网进行结构化选取,构建高密度路网模型。从节点评估的角度出发,提出综合考虑结构属性和交通运行状态属性的节点承载力指标。采用均质性、连通性2个指标评价路网节点结构属性,采用流量裕度、通行效率2个指标评价路网节点交通运行状态属性,提出一种基于TOPSIS算法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,优劣解距离法)的综合评价方法,实现对节点承载力的综合量化。基于节点承载力,构造路段承载力指标,采用重力模型和交通分配的方法将节点间的承载力分配到节点相连构成的路段上,并用路段实际交通条件修正即得到路段承载力。基于节点承载力和路段承载力,提出高密度路网诱导路径的确定方法。为证明本研究提出的高密度路网诱导路径选择方法的有效性,构建一高密度路网结构模型,同时采用本算法和传统Dijkstra算法规划诱导路径。结果表明:Dijkstra算法规划的路径虽为数学意义上的最优路径,但该路径途经低级节点,且需频繁切换道路进行交通转换,不符合驾驶员行车期望;本研究提出的基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法得出的路径虽比Dijkstra算法稍长,但路径均由高等级节点和道路组成,这样的规划结果更符合实际交通诱导系统需求,更能体现驾驶人员选路偏好。     

断头路打通场景下的路网优化评估

针对断头路的存在会降低道路利用率、加剧交通拥堵等问题, 构建了断头路打通在路网结构以及交通分配层面上的优化评估方法。在路网结构层面, 采用社区探测对路网进行划分, 获取社区作为受断头路影响较大的路段组合; 在交通分配层面, 将断头路打通带来的影响量化为路段平均速率的变化, 构造路网阻抗函数作为约束条件, 在社区内部进行断头路打通前后2次交通分配; 通过连续平均算法建立求解算法, 选取2次用户均衡状态的路段平均速率变化百分比作为评价指数。以北京市朝阳区路网为算例进行分析, 结果表明: ①900 pcu出行需求约束下, 断头路打通的平均指数均值小于0.6%, 表明在低负荷区域打通断头路不能带来明显的优化; ②在剩余3组较大出行需求约束下, 打通跨社区断头路的评价指数均值(3.097%, 1.833%, 2.633%)都大于打通社区内断头路(2.077%, 1.785%, 2.041%), 在市政工程中应该优先考虑打通跨社区路段。      

基于行程时间和路口延误的网络VMS选址算法

路段车辆行程时间和交叉口延误共同构成路径的综合阻抗,通过实际路段车辆行程时间和交叉口延误的交通数据计算路网的路径阻抗,以路网效用函数最大化为优化目标,在比较各种选址方案目标函数的基础上,选取效用函数值最大的方案作为实施方案.采用北京市西直门桥至复兴门桥之间的实际路网作为算例,经计算,其结果与实际情况吻合较好,并与该区域的VMS建设趋势一致.     

考虑支路路段双向流量相互影响的交通网络均衡分析

为了解决含双向不分道行驶的狭窄支路路段交通网络配流问题,提出基于路段宽度、单车道通行能力、双向流量比例等因素的支路路段通行能力近似公式;通过扩展支路路段费用的表达形式,建立了分析支路路段双向车流相互作用的交通网络均衡模型.鉴于支路路段费用函数不是关于方向流量的凸函数,采用最短路径上全有全无分配并结合相继平均法设计了模型的求解算法.结果表明:该近似公式与模拟结果基本吻合;含双向不分车道行驶支路路段的交通网络均衡模型与算法,有效地推广了常规配流方法,可用于解决实际工程问题.     

考虑路段容量降级的均衡流模式研究

为探究降级路网和非降级路网两种情形下交通网络流量的波动情况及演化规律,通过均匀分布来刻画路段容量的随机变化,在此基础上构建降级路网下基于传统路径更新规则的更新模型,该模型利用前一天使用路径的实际出行时间和前一天感知路径出行时间期望值来更新,并通过算例分析依赖参数和容量降级系数对降级路网交通流演化的影响。结果表明,降级路网和非降级路网下交通网络均能演化至稳定状态,但均演化不到随机用户均衡状态;相较于非降级路网,降级路网下交通网络演化至稳定状态所消耗的时间更长。