基于宏观基本图的城市路网脆弱性评价模型研究

发布时间：2020-05-09 14:56

【摘要】：交通供需矛盾和高效生活方式对城市交通精细化治理提出了更高的要求。城市路网所遭遇的不利事件干扰,将严重影响路网的服务水平,同时对路网脆弱性评价和应急管理的精细化水平带来挑战。因此,通过脆弱性影响下的时变路网特征和交通流问题的分析,系统建立城市路网脆弱性研究方法和应对策略,对于评估城市路网脆弱性和减轻交通拥堵具有重要意义。本文以宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,简称MFD)理论为基础,考虑路网脆弱性与路网时变运行状态、交通流动态性之间的联系,建立基于MFD的城市路网脆弱性研究体系,对宏观路网时变运行状态的MFD动态模型、宏观路网均衡状态的MFD模型、路网脆弱性评价及主动应对机制等问题进行研究。通过分析城市路网脆弱性的形成机理和时变运行状态下的评价方法,研究路网拓扑结构无变化的脆弱性问题。针对区域路网脆弱性的特点,提出考虑时变运行状态和交通流动态性的路网脆弱性评价问题,分析路网脆弱性、交通流动态性和MFD之间的联系,利用路网通行能力变化前后的MFD形态的变化,建立基于MFD的城市路网脆弱性的研究框架。在分析宏观路网运行状态的时变特性的基础上,研究交通流加载和拥挤状态的判别方法。利用MFD散点图描述时变的交通网络运行状态,将连续变化的运行状态转化为MFD坐标系中的点和向量,并提出以替代矩阵的方式描述离散点的变化特征。对MFD的回滞现象进行动态解析,分析交通流饱和状态和MFD回滞现象之间的对应关系。基于宏观交通流参数之间的演化关系,提出参数之间“耦合-背离”的过程分析方法,建立基于背离度指标的评价方法。利用车牌数据准确记录车辆个体通过道路断面的特性,提出基于自动车牌识别数据的MFD估算方法,以及基于自动车牌识别数据和线圈数据融合的MFD估算方法。以深圳市中央活力区干道路网为实例,验证了宏观交通流参数之间的“耦合-背离”的过程。为了量化区域路网失效时MFD的形态变化,提出基于集合论的MFD的表征方式和转化思路,将MFD的若干可观测现象抽象成具有数理意义的术语。以MFD上界为基础,提出MFD恒定上界的概念、性质和推导方法,论证MFD恒定上界和网络均衡状态集之间的等价关系。将MFD恒定上界的推导问题转化为网络均衡状态集的构造问题,利用求解网络均衡状态的排队网络均衡分配模型,建立MFD恒定上界的推导方法,推导西乔丹路网的MFD恒定上界。对MFD形态变化的量化问题进行几何转化,提出MFD恒定上界的曲线逼近问题,运用基于样条插值的求解方法,构造交通网络均衡状态表。针对不利事件引发城市路网脆弱性的特点,提出基于MFD的路网脆弱性评价模型和指标,并以西乔丹路网为例进行实证分析。对比拓扑结构有变化和无变化等两类情况,路网脆弱性暴露后对路网效率的影响有显著差异。从实现路网脆弱性防范关口前移的角度出发,提出基于MFD的路网脆弱性主动式应对流程和策略。最后,以冰雪天气下的西乔丹路网脆弱性为例进行了应用研究。结果表明:对于拥挤条件下的路网脆弱性,基于背离度指标的预警方法能够发挥预警作用,可以有效识别路网进入饱和状态的趋势,预警时间节点相比于监测到饱和状态的时间节点提早10分钟。
【图文】：

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将费用 r u 描述为由速度和密度表示的下：r u sup Q k ku k 0, 流基本图边界，是交通流守恒定律的偏微分方程通密度；堵密度；辆速度据公式（2-19），Daganzo 和 Geroliminis[1]提出了基一条不含转向的道路为例展示了基于变分法的和切线法对 MFD 进行推导将路网中的车辆抽象路网中的运行轨迹抽象为平面中的路径时空位标轴为空间点位置的平面时空位移平面中从初始边缘开始有效路径，点在围之内连续变化，即处于阻塞波速度 w和自由流用函数是线性的，范围从 r w w 连续变

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图 2-2 由一簇切线定义的 MFD 示意图[52]Fig.2-2 Schematic diagrams of the MFD defined by a family of cuts[52的切线随切点的移动而连续转动，与这些切线相切的具有为 MFD 的上界上界具有如下属于光滑曲线的特征：与这些切线相切的切线的曲线，，且切线随切点的移动而连续转动受到切线的约束，故 MFD 的上界的表达式为：inf uQ ku r u宏观基本图的边界，；车辆速度， ,fu w u 的推导过程可知，费用函数是推导过程中得到切线用函数的重要影响因素是路网中某个位置通行能力当于将费用函数和道路基础设施和交通控制系统联系路条件和信号控制周期等组合计算得到各服务水平下程可参见 Daganzo 和 Geroliminis[1]中提到的方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491

【参考文献】