多源数据驱动下基于计算图的多层次整合估计模型的交通拥堵成因分析

发布时间：2020-08-20 21:08

【摘要】：交通是保障城市日常运转功能和经济发展的不可缺少的动力。随着城市化进程加快,日益繁忙的社会出行活动为城市带来活力,同时还导致了严重的交通拥堵问题。如今,交通拥堵已经成为制约城市发展的一个重要难题。一方面,随着“友好型城市”、“低碳城市”等理念的提出,相关交通规划和管理部门希望能探索交通拥堵成因,以更具前瞻性的视角,来促进城市交通的可持续发展,缓解交通拥堵。另一方面,随着交通大数据采集、人工智能等先进技术的发展和应用,为交通拥堵成因研究工作提供更广阔的思路和视角。本文通过研究城市交通系统中存在的供需矛盾入手,从不同层次角度对交通拥堵形成因素进行量化描述和深入分析,旨在为缓解城市交通拥堵工作提供理论方法,为交通需求管理和交通管控措施提供参考依据,促进城市交通可持续发展。本文的主要研究内容如下:首先,基壬传统四阶段的思想,从交通生成、交通分布、出行路径、路段流量和路段延误等多个层面对造成城市交通拥堵的主要因素进行定性分析。其次,通过建立多层次整合估计模型,对不同层次下影响交通拥堵的因素进行量化描述和逐层关系递推分析。模型中嵌入了需求估计模型和流量-延误函数,用于反映拥堵情况下交通供需对网络运行状态的影响关系。其次,基于定制化计算图结构,采用多源数据(包括居民出行调查数据、手机数据、浮动车数据、探测器数据等),运用BP反向传播算法对复杂的非凸问题进行多层次反馈求解,实现了对模型中多个变量和参数的同时估计。最后,基于Sioux Falls 网络和北京京通快速路拥堵路段为研究对象进行实验测试和案例分析,实验结果很好的验证了本文研究方法的合理性和实用性。本文主要研究成果为:(1)从交通生成、交通分布、出行路径、路段流量和路段延误等多个层次,从对城市交通拥堵的相关影响因素进行定性分析和量化描述;(2)通过整合需求估计模型和流量-延误模型,从供给和需求两个角度明确其对交通拥堵状态的关联性和影响方式;(3)基于Sioux Falls网络的测试验证了模型的合理性和可行性;在北京京通快速路为研究对象的案例分析中,捕捉交通拥堵情况下的需求来源和出行需求特征,对交通拥堵成因进行分析和总结。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.265
【图文】：

城市化人口,运送人,交通运输,数据统计

在１９９７年，全国总人口邋１２．４亿，城镇常住人口邋３．７亿，城镇化率为逡逑２９．９２％，全国百万人口以上的城市仅有３８个。仅仅２０年过去，２０１７年全国总人逡逑口邋１３．９亿，城镇常住人口邋８．１亿，城镇化率为５８．５２％，如图１－１所示。此外，全逡逑国百万人口以上的城市达１０２个，其中重庆、上海、北京、成都、天津、广州、保逡逑定、哈尔滨、苏州、深圳、南阳、石家庄、临沂等１３个城市的总人口超过了邋１０００逡逑万。城镇化现象是生产力发展、科学技术进步和产业结构调整的结果，意味着城市逡逑已经成为国家社会经济发展的重心。逡逑１９９７－２０１７年中国城市化人口数据逡逑１６００００逦７０．００％逡逑１４００００逦６０．００％逡逑１２００００逦■逦Ｉ邋Ｉ逦Ｉｆ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑ｌｏｏｏｏｏ逦Ｉ逦Ｉ邋一一逡逑一＾g＾曹逦｜逦４０．００％逡逑８００００逦Ｆ邋Ｉ邋Ｉ逡逑…ｆ逦■逦■逦■逦３０．００％逡逑Ｅ逡逑＾■总人口（万）邋《？■＊城市人ｎ邋（万）逦城镇化率逡逑图１－１邋１９９７－２０１７年中国城市化人口数据统计图（来源：山川网）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ邋ｄａｔａ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋（１９９７邋－邋２０１７）逡逑交通运输作为城市日常运转中必不可少的重要纽带，为城市运送人流、物流，逡逑确保居民日常出行，加强地区之间的联系，是城市功能发挥的重要保障和城市经济逡逑发展的主要动力。城市对交通出行的需求日益凸显。一方面，居民出行总量不断增逡逑力口，机动化进程加快，小汽车出行仍然是居民选择的主要出行方式之一。如图１－２逡逑所示

交通发展,机动车保有量,北京市,居民出行

量和境内货运量的运输作用。以北京为例，２００５－２０１７年间，北京道路营业性质货逡逑运量由１７１９４万吨增长至１９３７４万吨，涨幅１１２．５％；货物周转量由６９６８１１万吨公逡逑里增长至１５９２４１９万吨公里，涨幅５６．２％，如图１－３所示。逡逑２００５－２０１７年北京市道路营业性货运基本情况逡逑３００００逦１８０００００逡逑１６０００００逡逑２５０００逡逑１４０００００逡逑２００００邋，邋１２０００００逡逑－Ｉ逦Ｉ逦ｉＪＵｈＴ逦ｉ逦１００００００逡逑■逦８０００００逡逑１００００逦６０００００逡逑：！逦Ｉ逦１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逦：：逡逑２００５逦２００６逦２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４邋２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑－■■货运量（万吨）邋—货物周转量（万吨公里）逡逑图１－３邋２００５－２０１７年北京道路营业性货运情况（来源：北京市交通委员会运输管理局）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｖｏｌｕｍｅ邋ａｎｄ邋ｔｕｒｎｏｖｅｒ邋ｏｆ邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ｒｏａｄ邋ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ邋ｆｒｅｉｇｈｔ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋（２００５邋－邋２０１７）逡逑２邋？逡逑

货运,运输管理,北京市,道路

三邋ｍｔｉｆｌｌｌ邋：：逡逑２００１逦２００２邋２００３邋２００４邋２００５逦２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逡逑—■■居民出行总量（不含步行．万人次）邋逦机动车保有量（万辆．）逡逑图１－２邋２００１－２０１４机动车保有量和居民出行总量（来源：北京市交通发展年报）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｍｏｔｏｒ邋ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ邋ａｎｄ邋ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ邋ｔｒａｖｅｌ邋ｄｅｍａｎｄ邋（２００１邋－邋２０１４）逡逑另一方面，公路作为货物运输保障的中坚力量，承担了城市大部分出入境货运逡逑量和境内货运量的运输作用。以北京为例，２００５－２０１７年间，北京道路营业性质货逡逑运量由１７１９４万吨增长至１９３７４万吨，涨幅１１２．５％；货物周转量由６９６８１１万吨公逡逑里增长至１５９２４１９万吨公里，涨幅５６．２％，如图１－３所示。逡逑２００５－２０１７年北京市道路营业性货运基本情况逡逑３００００逦１８０００００逡逑１６０００００逡逑２５０００逡逑１４０００００逡逑２００００邋，邋１２０００００逡逑－Ｉ逦Ｉ逦ｉＪＵｈＴ逦ｉ逦１００００００逡逑■逦８０００００逡逑１００００逦６０００００逡逑：！逦Ｉ逦１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逦：：逡逑２００５逦２００６逦２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４邋２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑－■■货运量（万吨）邋—货物周转量（万吨公里）逡逑图１－３邋２００５－２０１７年北京道路营业性货运情况（来源：北京市交

【参考文献】