基于MFD的路网边界控制策略研究综述

网络交通流宏观基本图是路网的固有属性,可以从宏观层面监测路网运行状态,故近年来,MFD在网络控制领域中得到广泛应用。本文对基于MFD的路网边界控制策略相关研究成果进行了回顾,分析总结了目前针对单一网络和多个子区的边界流量控制策略方面所取得的成果,并梳理出具有研究价值的方向和问题,在交通拥挤日益严重的背景下,成果可以提升网络边界控制策略在缓解交通拥挤应用上的有效性,从而增强路网整体运行效益。     

瓶颈通行权交易制度的研究进展

瓶颈通行权交易制度(TBP)研究在国外已积累大量成果,但是在中国的研究较少。首先回顾TBP产生的背景并阐述其定义。在此基础上,分别从路网结构、出行者到达瓶颈的不确定性、不同条件下交易市场机制的设计以及交通控制应用等方面总结TBP的相关理论研究成果。最后,从TBP的理论特性验证方法、应用领域,以及其与宏观基本图(MFD)的结合前景等方面对本领域未来研究方向进行分析。     

多种交通方式下的城市空间分配

从集计角度分析了运行多种交通方式的城市交通系统。利用目前已受关注的宏观基本图（简称MFD）,描述城市交通的整体特性。以旧金山某区为例,使用现有数据,通过仿真论证如何应用MFD监管真实交通网络。然后讨论了同一路网中不同交通方式间如何相互作用,以及如何将这些作用纳入包含多种交通方式路网的MFD。研究得到的两个主要结论是：1）证实了已有研究猜想——对市区拥挤区域限行,可提高包括被限行者在肉的所有出行者的机动性;2）公交方式提供专用道路空间可提高所有交通方式的可达性。     

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宏观基本图（MFD）存在于具有交通运行同质性的城市路网中,它可以用于路网的服务水平评估、区域控制和宏观交通建模.不同道路运行条件对MFD的形状存在不同的影响,进行MFD影响因素分析是应用MFD理论研究城市交通运行规律的前提.本文以广州市海珠区为研究区域,运用Paramics交通仿真软件对海珠区的路网进行建模,通过采取不同交通管控措施,分析MFD图形的影响因素.结果表明,MFD不仅是路网本身的性质,也是控制策略效果好坏的直接体现.同时,需求的剧烈变化、公交专用道的设置、车道禁行都会不同程度的影响路网的MFD.另外,制定交通控制策略时要优先考虑路网中的关键路段.     

无人飞机在交通信息采集中的研究进展和展望

以无人飞机多次试飞试验和相关研究成果为基础,分析了无人飞机在交通信息采集、处理与应用中的可能性及主要挑战,从不同角度展望了无人飞机在交通规划与仿真、道路监控、应急调度和城市交通拥堵分析等领域的应用前景。分析结果表明:应用无人飞机可以弥补现有交通信息采集技术的不足,是有效采集连续交通信息的新手段;随着动态交通视频处理技术的发展,从无人飞机采集的视频中可以自动提取交通信息;应用无人飞机采集的交通信息可用于应急调度、车辆跟驰、换道行为与交通拥挤等方面的研究;无人飞机动态交通视频处理技术的适应性还有待提高;利用无人飞机信息的车辆跟驰、换道行为与交通拥挤尚缺乏实证研究;建立无人飞机与地面应急系统的通讯和协调系统及无人飞机-车-路协调通信系统是未来重要的研究方向。     

基于机场子区划分的机场网络交通拥挤传播预测

为了预测机场进离场交通的拥挤态势,本文从机场网络的角度进行研究.首先针对交通拥挤形成的动态过程,建立了基于出入流率的交通拥挤的定义及其度量;接着,引入多维标度法对机场之间的交通相关性进行定量分析,划分机场子区,以降低网络分析的复杂度及解空间维数;然后,构建了基于Elman神经网络实现机场子区内多个相关机场的交通拥挤传播预测方法;最后,基于美国机场的实际航班数据对机场网络拥挤传播预测方法进行验证.验证结果表明,预测结果的平均绝对百分比误差和平均绝对偏差较小,明显优于对比算法.     

我国交通需求管理(TDM)对策研究

分析国内城市的交通矛盾,结合中国国情,讨论交通需求管理在中国城市的应用前景.从城市规划制度的反思、公共交通定位、小汽车的使用控制和道路拥挤收费等四个方面探讨我国开展交通需求管理亟待解决的问题.为保障交通需求管理在中国城市的实践和发展,提出了研究市场经济下的城市规划制度以及公共交通规划应纳入到城市规划,并与城市规划同样具备法律效应的思想,提出了要控制私家车的使用而不是控制拥有,要加强宣传、积极开发道路拥挤收费在技术、设备、管理等各方面的研究等建议.     

基于自适应加权平均的路网MFD估测融合方法

路网宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagrams,MFD)的估测方法有基于固定检测器数据估测法和基于浮动车数据估测法,但很少有文献将两者结合起来,鉴于此,本文提出以车联网环境下联网车数据估测的交通参数为检验数据,引入动态误差,建立两个自适应加权平均数据融合模型,对两种估测法所得的路网加权交通流量和路网加权交通密度分别进行数据融合,从而更加准确地估测路网MFD.为验证模型的有效性,以广州天河区核心路网为研究区域,通过Vissim交通仿真建模分析,对比各种估测法所得路网MFD参数的平均绝对相对误差、路网MFD的状态比和差异值.结果表明,经数据融合后的路网MFD参数平均绝对相对误差和路网MFD差异值均最小,最接近标准路网MFD.     

阿姆斯特丹城市道路线圈检测器布设方法研究

基于宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)的网络交通控制方法受到越来越多的国家的重视,它可以更有效的节约资源和提高效率。然而建立MFD需要以收集网络范围内详细的交通数据为前提,阿姆斯特丹的城市道路错综复杂,若在每个城市道路路段都布设线圈检测器需要巨大的经济支持和维护。基于Vissim的仿真实验的方法,建立阿姆斯特丹的MFD;通过实验方法确定城市道路中对于建立网络MFD起着显著的影响关键路段,为线圈检测器的布设提供了理论依据。     

定量化交通网络效率评价方法比较

比较了既有定量化交通网络效率评价方法, 考虑了网络结构、交通需求、出行选择和出行成本等因素, 分别从解析计算、固定网络结构下交通需求对网络效率的影响规律和固定交通需求下网络结构对网络效率的影响规律方面, 研究了3种评价方法的评价结果合理性, 总结了不同方法的优缺点和适用范围。比较结果表明: 赋权网络运行效率计算方法(方法1) 未考虑交通网络拥挤效应, 计算的网络效率是交通需求的单调函数, 不能用于交通拥挤网络; 交通拥挤网络效率计算方法(方法2) 能适用于拥挤网络的效率评价, 但在需求不变的前提下, 计算的效率是OD间连通路径数的单调递增函数, 不能反映网络结构对交通网络效率的影响规律; 交通网络效率计算方法(方法3) 能更加真实地反映交通网络结构、交通需求、出行成本与出行选择对网络效率的综合影响效应, 而且采用该方法计算的网络效率能够与交通网络中的“Braess”诡异现象进行相互解释, 证明了该方法在评价交通网络的实际运行绩效方面具有相对更好的合理性; 在固定结构的交通网络中, 总存在一个交通需求量, 使采用方法3计算的网络效率最大; 在固定需求的交通网络中, 总存在一个网络结构, 使采用方法3计算的网络效率最大。      

基于仿真实验验证宏观基本图的存在性

研究采用Vissim仿真实验的方法,验证了宏观基本图模型的存在性.通过实测数据的标定,建立了阿姆斯特丹高速公路交通网络模型.为了使宏观基本图能够反映交通拥堵产生的全过程,采用实验对比的方法确定了网络交通需求的大小.通过采集关键参数验证了宏观基本图（MFD）在仿真路网中的存在性.研究分析了不同车道数的临界密度,定义了不同严重程度的路网拥堵,基于仿真数据,用MFD模型反映了路网拥堵的动态变化过程.     

基于MFD的城市区域路网多子区协调控制策略

针对城市路网中区域性的大范围交通拥堵问题,提出了基于宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)的多子区协调控制策略,以提升路网的整体运行效益.该策略将城市区域路网划分为多个子区,每个子区的交通流又划分为内部流和转移流,综合两者建立了基于MFD的多子区交通流模型,并给出了对各子区交通流诱导时的边界约束条件;通过调节子区边界控制输入,设计了边界反馈控制器对各子区转移流进行动态诱导,继而进行了迭代分析,以判断其是否满足边界约束,并对控制器进行了Lyapunov稳定性分析.仿真结果表明,所提策略使城市区域路网中各子区车辆总数渐近收敛于设定值,且整体平均流量提高了约11%,大范围交通拥堵状况得到明显缓解.     

基于宏观基本图的禁左交通组织评价模型

随着城市交叉口交通压力增加，采用禁止左转车辆通行成为缓解过饱和交通拥堵和提升通行效率的重要手段。为克服现有禁左方法多以单个交叉口为研究对象，而对干道和区域禁左措施缺乏科学评价依据的局限性，本文基于宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram，MFD) 区域性交通状态刻画的优势，分别建立单点、干道及区域等不同评价范围的禁左交通组织评价方法。首先，基于Logit模型刻画交叉口禁左后流量转移；其次，以左转流量转移比例与道路等级为关键因素构建禁左后的MFD，得出基于MFD的禁左交通组织评价模型；最后，通过对昆明市北京路片区VISSIM交通仿真分析评价模型可靠性。结果表明：在仿真区域内，当左转车流占比小于 15%时，采用单点禁左或干道禁左可以提升路网交通运行效率；当左转车流占比为15%~20%时， 仅单点禁左可以提升路网运行效率；而在任何左转车流比例状态下，对区域禁左均会降低交通运行效率。     

基于宏观基本图的路网多子区状态一致协同控制

针对基于宏观基本图(MFD)的路网多子区协同控制未考虑各子区拥堵状态差异性及均衡性的问题，本文提出以多子区状态可达一致为目标的子区边界状态反馈控制设计方法. 首先，基于路网 MFD模型建立路网多子区协同模型；进一步，基于部分变量稳定性理论，设计多子区状态可达一致的边界状态反馈控制律.在此基础上，考虑子区拥堵状态的差异性，设计了子区间的协同控制策略，快速缓解子区拥堵状态；同时，提出子区边界输入流的分配优化策略.最后，以潍坊市实际路网为背景建立仿真模型.实验结果表明，本文方法可实现子区交通流分布的均衡性，快速缓解子区拥堵状态，较大幅度地提升路网运行效率.     

基于宏观基本图的路网多子区状态一致协同控制

针对基于宏观基本图(MFD)的路网多子区协同控制未考虑各子区拥堵状态差异性及均衡性的问题,本文提出以多子区状态可达一致为目标的子区边界状态反馈控制设计方法. 首先,基于路网 MFD模型建立路网多子区协同模型;进一步,基于部分变量稳定性理论,设计多子区状态可达一致的边界状态反馈控制律.在此基础上,考虑子区拥堵状态的差异性,设计了子区间的协同控制策略,快速缓解子区拥堵状态;同时,提出子区边界输入流的分配优化策略.最后,以潍坊市实际路网为背景建立仿真模型.实验结果表明,本文方法可实现子区交通流分布的均衡性,快速缓解子区拥堵状态,较大幅度地提升路网运行效率.     

路网宏观基本图中磁滞现象的产生机理

为尽快将路网宏观基本图理论应用于实际交通管控中,利用车流波动理论从交通流状态演化的角度分析路网宏观基本图中磁滞现象的产生机理。以日本京都市的实际观测数据验证部分结论的可靠性。通过理论研究及案例分析发现:1)路网中低密度、高流量的交通流状态经过拥堵流状态后转化为低密度、低流量的交通流状态是磁滞现象产生的重要原因;2)在相同路网车辆数的条件下,相较形成过程,磁滞环的消除过程会使得路网中产生更多的拥堵路段及拥堵溢出点;3)当路网中存在非拥堵路段可供逐渐增加的车辆选择时,路网宏观基本图有可能在磁滞环形成过程中出现路网车辆数持续增加、但路网总流量保持不变的奇异现象。     

城市交通拥挤的动态疏导策略研究

从缓解城市交通拥挤的决策需求出发,对城市交通拥挤的动态疏导策略技术进行了评述。首先根据交通发展的历史归纳出各种拥挤对策．接着根据交通拥挤类型的不同重点分析了2种动态的策略——信号控制和诱导策略的国内外研究现状．指出了存在的问题。进而重点阐述了研究应该改进的方向,并提出了一些策略,最后提出了动态疏导策略的流程图,为城市交通拥挤疏导决策的实际开发提供了基础。     

基于多源数据融合的城市道路网络宏观基本图模型

宏观基本图(MFD)是描述路网平均流量和平均密度的关系模型,在路网服务水平评估、区域控制和宏观交通建模中具有重要的作用.本文以路网加权流量和加权密度为MFD描述指标,提出了一种融合微波检测器数据和车牌识别数据的MFD构建方法.为了评估不同数据源下路网MFD的有效性,提出了采用状态比指标描述 MFD的差异性.以青岛市实际数据为例,分析了单一数据来源和融合数据下的MFD变化规律.结果表明,在路网中存在不同类型检测器时,融合模型仍能够精确描述路网MFD.