宏观交通网络拥堵区边界最优控制

为了缓解交通拥堵,解决拥堵状态下区域交通控制问题,提出了宏观交通网络拥堵区边界最优控制方法。首先,基于同质性路网宏观基本图特性固定划分控制子区,通过分析子区之间的车辆流入、流出关系,建立了宏观网络车流平衡方程;其次,以路网旅行车辆完成率最高,同时子区边界处受阻车辆数最低为优化目标建立了拥堵区边界最优控制模型,根据最优控制确定子区边界输入、输出最佳交通流量,进而以饱和度高的边界交叉口饱和度快速降低为优化目标,提出了子区边界交叉口流量分配及信号配时参数优化方法;最后,以合肥市一环路以内的路网为测试对象,通过微观仿真分析,比较了无区域边界控制、拥堵区入口Bang-Bang边界控制、拥堵区出口与入口BangBang边界控制和最优控制4种控制方案。结果表明:最优控制条件下宏观路网运行效益比前3种方法分别提高49.17%、30.19%、71.99%,车辆行程延误分别降低21.65%、3.74%、1.94%;最优控制可有效改善拥堵区内外交通密度的均衡性;宏观路网拥堵区的边界控制可有效降低高峰期间拥堵区的拥塞程度,提高整个路网的疏散能力。     

基于MFD的路网周边交通控制策略与仿真

宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagrams,MFD)是路网的固有属性,可从宏观层面监视和预测路网交通运行状态。鉴于此,该文提出基于MFD的路网周边交通控制策略,其思路是依据MFD理论确定路网的MFD,当路网交通趋于拥挤时,通过调整周边交叉口的信号配时方案(如周期、绿信比),对周边车流涌入量进行限制,使路网区域交通保持良好的运行状态。为验证该策略的有效性,以广州天河商业区为试验区域,运用Vissim交通仿真软件进行仿真建模,依据MFD相关理论和仿真数据,确定该区域的MFD,当该区域交通趋于拥堵时,根据该策略确定周边交通涌入量和入口绿灯时长,并仿真对比该区域实施该策略前后的各项交通信号控制性能指标。结果表明:当路网交通趋于拥挤时,实施周边交通控制策略后路网平均延误时间、平均停车次数、平均排队长度等交通信号控制指标得到明显改善。     

基于网络能耗与交通效率的多子区控制模型

为有效缓解较大区域城市路网交通拥堵以及减少交通能源消耗,必须对路网实施有效的控制。传统交通控制对路网OD要求较高,难以获取,而宏观基本图(macroscopic fundamental diagram,MFD),可有效避免获取OD需求的难题。因此,引入MFD,根据车流密度对非同质路网进行子区划分、建立了多子区车辆完成率高、车均燃油消耗低的双目标规划模型,并采用fmincon函数对模型求解。依据车流平衡方程和反馈原理提出了多子区燃油消耗比例积分控制(Multi-Fuel Consumption-Proportional Intrgral,MFC-PI)方法,并通过此方法来提高路网车辆完成率、降低区域内车均燃油消耗。最后,通过实际城市路网验证所提出的燃油消耗控制模型,仿真结果显示,MFC-PI控制方法可有效提高控制效率,并同时保证路网子区的能耗最低。     

基于流量和出租车GPS数据的城市道路网络宏观基本图

为把握城市宏观交通状况,发掘城市道路网络交通流内在特性,从而达到缓解日益严峻的交通问题的目的,对交叉口流量和出租车GPS两类数据进行数据融合,运用宏观基本图(MFD)和广义宏观基本图(GMFD)在城市道路网络中的存在性以及二者之间存在的差异,以路网平均车辆数、路网通行能力和密度分布为指标来描述MFD和GMFD,并提出一种利用路段流量和出租车GPS数据拟合得到MFD和GMFD的方法,发现路网中密度的不均匀分布是导致路网通行能力不高的原因.针对由长沙市13个道路交叉口组成的区域路网,分别计算出分小区和分路段的MFD特征值,提出了根据存储空间能力(即临界路网平均车辆数的大小)对拥堵路网进行合理分流的方法,实现高峰时期拥堵路段的路径诱导以及路网通行能力的最大化.     

过饱和道路交通控制信号周期优化解分析

分析了过饱和交通条件下城市道路信号控制交叉口周期参数值的优化解。以拥挤消散时间和路网总延误为控制目标,采用定时信号控制策略,基于元胞传输模型建立了路网优化控制模型,并采用遗传算法优化信号配时,对比了不同信号周期条件下拥挤消散时间和路网总延误的变化规律。最后,本文以某市L路为算例分析了周期值与消散时间及路网总延误的关系,结论表明路网在过饱和拥堵条件下,当控制周期大于某一临界周期值时,相位差和绿信比的优化将无法抑制消散时间的持续增长趋势;最优配时结果的路网总延误值比采用传统最大周期控制策略的路网总延误值降低17％以上。     

基于拥堵时空特征的区域分类与评价方法研究

利用现有监测手段开展区域交通综合整治,科学设置交通分级预警标准是北京市缓堵工作的重要目标。为了直观性评价缓堵工作的治理效果,并及时识别路网运行效率低下的区域,以北京市25个出行热点区域作为研究对象,借助区域交通运行指数,解析热点区域的路网运行拥堵特征。应用系统聚类方法,发现依据区域拥堵特征可将研究区域划分为复合型、双峰型、晚延型3种类型,并对比分析不同类型下的区域路网运行状态。在此基础上,充分考虑拥堵时空特征构建区域拥堵评价模型,确定了包含红色预警、橙色预警、黄色预警的三级预警分级标准,定量化地反映区域路网运行状态在一段时期内的综合性评价。结合应用案例分析,结果表明,复合型区域全天运行状态处于中度拥堵等级的累计时长最高,为373 min。双峰型区域在平峰时段路网拥堵状态恢复较快,日均严重拥堵时长仅有36 min。晚延型区域的早晚高峰路网运行状态差异最大,该类地区的日均早高峰拥堵时长最短,而日均晚高峰拥堵时间却最长。并且,由拥堵评价得分显示,该类型地区在工作日及非工作日期间均易出现预警需求。特别是朝阳北路地区,工作日区域拥堵评价得分仅为74. 8分,已达到橙色预警状态,路网运行压力较大,应在缓堵工作中优先作为重点关注对象。     

MFD对车型构成的敏感性分析及车辆换算系数计算方法

针对车辆的换算系数,现有研究较多集中于静态车辆换算系数,但静态车辆换算系数无法准确描述拥挤状态下车辆间的交互影响,未充分考虑车辆在不同交通状态下相互作用的动态变化对车辆换算系数取值的影响。为了能够适应动态交通的演化,以棋盘式路网为研究对象,利用宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)分析了宏观基本图曲线对大型车比例的敏感性,并针对不同的交通状态提出了相应的车辆换算系数计算方法。首先构建路网微观仿真模型,利用微观仿真试验证实了路网宏观基本图的存在;然后根据仿真数据采用分段函数拟合MFD曲线,通过改变大型车的比例设计多组仿真试验,并绘制出不同大型车比例下的MFD图形,分别从定性和定量2个层面分析宏观基本图曲线对车型比例的敏感性;最后根据敏感性分析结果,利用宏观基本图提出了一种针对不同交通状态的车辆换算系数计算方法。结果表明:当路网处于非拥挤状态时,对应于MFD曲线的上升段和持续段,车辆换算系数取值仅与大型车比例有关;而当路网处于拥挤状态时,对应于MFD曲线的下降段,车辆换算系数取值不受大型车比例的影响,其仅与路网存在车辆数有关。所提方法和思想为理解车型构成对路网交通状态的影响提供了新思路,有助于为交通规划和管理部门提供政策支撑。     

城市中心区交通拥堵定价模型及其仿真算法

为改善城市中心区的交通拥堵,以国内城市中心区区域路网为研究对象,以路网车辆整体延误时间最短为优化目标,拥堵收费价格为决策变量,路网饱和度和信号配时为约束条件,建立了拥堵定价优化模型,并给出了基于VISSIM软件的仿真求解方法和步骤.实例仿真结果表明:在城市中心区区域路网采用该定价模型可以找到最优定价及合理的信号配时方案;计算机仿真方法可大幅度降低模型求解难度,并可直观地为交通管理部门制订拥堵定价方案提供理论依据.     

面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法

针对高峰期间常发拥堵点交通需求过大、周边关联交叉口交通负荷分布不均的问题, 研究了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。通过对常发拥堵点的车流进行追踪与溯源, 根据交通量关联度确定信号协调控制范围, 然后基于路径的流量分担率与路段平均饱和度识别信号协调控制范围内的关键路径。基于宏观基本图理论, 考虑关键路径对路网运行状态的影响, 构建边界交叉口主动限流控制模型。同时, 利用元胞传输模型描述交叉口与路段的运行状态, 以关键路径通行能力最大化和进口道饱和度均衡化为信号控制优化目标, 建立均衡路网交通负荷的信号控制优化模型。以武汉市发展大道青年路交叉口以及关联交叉口为对象开展仿真实验, 结果表明: 虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8 s, 但常发拥堵点的车均延误降低了15.7 s; 关键路径的车均延误减少72.6 s, 平均排队长度减少26.1 m。并且, 路网整体的车均延误降低14.7%, 驶出车辆数增加26.6%, 验证了提出方法缓解常发拥堵点交通拥堵的有效性。      

基于宏观基本图的交通小区通过量最大化控制方法

为了使交通控制小区能保持较高的运行效率,基于宏观基本图的概念,提出了针对单个控制小区的驶入交通量反馈控制方法。该方法以交通小区通过量最大化为控制目标,具体分为两步:先根据控制小区最佳内部车辆数和最大驶出流量,利用反馈控制确定各控制周期总驶入流量;再依据等饱和度原则和通行能力约束,分配各边界进口允许驶入交通量。通过Vissim仿真,对有/无边界控制情况下小区运行情况进行了对比分析。研究表明:本控制方法可使路网保持高效的运行状态,在拥挤状态下可提高车辆驶出率近4倍,整个分析时段内车辆总延误降低49%,驶出车辆数增加147%,总行程时间减少35%;若交通小区高峰时段较长,边界控制有助于提高外围车辆驶入小区的效率,并减少小区边界处的排队长度。     

Diagrammes fondamentaux de zone : estimation et influence de la régulation

Macroscopic fundamental diagrams can model the road traffic at an aggregated scale. This tool allows the evaluation of traffic management strategy at the city level while taking congestion into account. Something the usual macroscopic traffic models can’t do correctly at this scale. However, the calibration of the macroscopic fundamental relation is not easy since lots of factors, from experimental condition to traffic heterogeneities, can alter the shape of the diagram. We show that the use of electromagnetic loops can introduce huge variations in the macroscopic fundamental diagram (MFD) shape. Among the parameters that have considerable impact on the MFD shape, the traffic lights set up can alter it significantly. For a given network, a better knowledge of the link between the traffic light parameters and the MFD shape can help evaluate the network quality of service by computing the average traffic flow speed for the entire network.     

城市最优路权分配方法模型解析

通过交通拥堵成因的解析发现,只有彻底保证地面公共交通的路权,才能从根本上解决城市的交通拥堵问题.为了寻找最优的路权分配方案,引入容量分析的理念,在传统分析方法的基础上,重新界定了容量定义、评价指标和运算方法,以成熟的城市综合交通模型为平台,从出行的可控性和舒适性两方面构建模型的核心,完善了交通容量的分析流程,提出了城市最优路权分配方法模型.最后以广州为实例进行了研究,结果证明,地面公共交通路权优先,既适应公交优先的理念,又能最大程度地实现城市的要求,是解决城市交通拥堵问题的关键.     

考虑路网拓扑时变的交通拥堵自适应预测方法研究

对路网交通系统中的交通拥堵进行预测，有利于交通管理和避免交通风险。然而，由于交通管制、道路施工、恶劣天气、自然灾害等原因，路网交通系统的拓扑结构时常发生变化，使得依赖于固定路网拓扑的拥堵预测方法效果不佳。针对这一问题，提出一种双重自适应图卷积循环网络结构(DAGCRN)来处理路网拓扑结构变化情况下的交通拥堵预测问题，该方法运用自适应辅助邻接矩阵对预定义的路网静态图结构进行适应性学习以动态优化原有连接间信息的传递，运用自适应嵌入邻接矩阵对预定义路网静态图结构进行路网隐藏信息的捕捉以确保路网拓扑结构的动态完整性，并采用门控循环单元提取路网交通流的时间特征信息。研究结果表明,DAGCRN具备以下特点：①能够有效捕捉和定位路网拓扑结构发生的变化，并能够在拓扑结构变化时仍然保证拥堵预测的精确率；②相比较一些常见预测模型有更高的预测准确率，尤其是长期预测方面和克服路网结构变化方面更具优势；③进一步的双重自适应功能消融试验，证实了含有自适应辅助邻接矩阵和自适应嵌入邻接矩阵的双重自适应图卷积结构对于路网拓扑结构变化有很强的自适应能力，缺少2个或任一个自适应模块，都会引起模型预测性能的大幅下降。     

基于路网子图空间的交通流平衡分析方法

通过定义路网子图空间,提出了基于路网子图空间的Wardrop平衡原理,建立了相应的交通流平衡分析模型,并通过实例阐释了偏态均衡路网交通流的形成机理与演化过程。研究表明:该模型能够很好地解释包括新路开通期的路网交通流、换乘子图空间路网交通流、收费道路偏好子图空间路网交通流等多种情形下由于网络结构被差异性地认知所形成的偏态均衡路网交通流现象,为多标准下交通流的平衡分析建立了新途径;该分析方法有助于道路网络结构设计与道路网络管理方案的优化。     

适于交通方式划分的NL模型巢式层次结构研究

为准确把握Nested-Logit模型（NL模型）在交通方式划分中的应用,以交通方式巢式层次结构为研究对象,在分析交通方式选择影响因素和各交通方式之间的相关性的基础上,根据人们在选择交通方式过程中首先考虑因素的不同,构造了不同的交通方式巢式层次结构方案,并提出基于拟合优度度量的判断方法优选巢式层次结构方案。根据实例旅客出行调查数据,利用SAS软件对拟合优度度量系列组进行比较分析,分析结果表明：基于拟合优度度量构造的巢式层次结构更能反映交通方式选择的真实性,克服了NL模型层次结构明显的主观判断偏离客观实际的缺陷。     

城市多模式道路网设计方法——模型、算法和应用

为实现城市多模式道路优化,通过分析我国城市混行交通的特性,建立双层模型,对城市机动车道、自行车道、人行道进行整体设计。上层模型以各类车道数为设计变量,定义城市道路交通效率的3个指标,作为优化目标。下层模型将同时决策组合模型推广到混行交通,进行需求预测,并根据预测流量返算设计变量。设计3种启发式算法和对角化算法分别求解上下层模型,将该方法应用于淮北市的路网规划。对3个目标值各进行10次试算来检验算法,粒子群算法计算花费和解值最小;下层模型的拟合度达0.659,优于假设独立交通的拟合度0.375;优化后的路网可以合理解释不同优化目标,说明了文中方法的实用性。      

城市交通拥塞辐射模型及其对路网服务能力损伤研究

为预防和治理城市路网系统中交通拥塞的辐射扩散以及由此造成的路网系统服务能力损伤，从新的视角对交通拥塞辐射扩散规律进行研究。将毒气在有限空间内的泄漏扩散抽象为交通拥塞的辐射蔓延，首先运用Python软件对高德地图API的WEB服务进行实时路况数据爬取，并对爬取的数据、浮动车数据、SCATS监测的流量数据以及其他交通信息数据进行预处理。在此基础上建立基于高斯烟雨模型的城市道路拥塞辐射时空模型并且充分考虑邻居节点和路段的交通运行状态以及不同道路等级对拥塞传播范围的影响。对模型调节参数U进行标定，得出快速路、主干路U值均为1，次干路U值为0.7。然后通过实例进行验证，结合实际值将模型计算结果与高德地图预测值进行比较，所建立模型的拥塞最大辐射边界、拥塞辐射时间预测精度要更准确，整个拥塞过程模型拟合度较高，模型适用性强。最后在城市道路拥塞辐射时空模型的基础上利用材料力学中切应力对材料的损伤原理，以拥塞某传播方向为研究对象，计算出拥塞辐射传播给路网中的某路段造成的通行能力失效值。分析路网中路段通行能力下降对路网服务能力的损伤影响，进而给出路段重要性识别方法。研究成果可为交通管理部门加强关键路段治理以及制定缓堵政策提供参考。     

面向常发拥堵点的主动交通诱导方法

基于动态用户均衡、系统最优分配的诱导方法,侧重路网需求的宏观预测和调节,难以准确辨识道路拥堵点的关联车流,制约了诱导效果。为精准调控致堵车流,有效缓解常发性拥堵,研究基于需求溯源的主动交通诱导方法。遵循靶向诱导的思路,分析车辆行驶轨迹和常发拥堵点的交通流关联性,运用卡尔曼滤波对关联车流进行短时预测,在此基础上,结合流量占比、路径饱和度等指标,对诱导目标车流进行优选。同时,从负荷均衡的角度出发,基于路段与路径交通流的时空关联更新路网交通状态,建立以饱和度均衡为目标的主动诱导优化模型。仿真结果表明:相比反应型诱导与基于路径偏好的主动型诱导,所提方法使常发拥堵点的车均延误、停车次数等下降30%~60%,路网车均延误、停车次数等下降10%~15%,模型收敛速度提高,交通效益提升,验证了该方法的有效性。