城市多方式交通网络客流分配问题研究

发布时间：2020-11-11 19:06

　　 随着我国国民经济快速发展,机动化水平日益提高,随之而来的城市交通拥堵问题也日益严重。交通拥堵产生的本源可以归结于城市交通供给与需求的不平衡。缓解交通拥堵的最有效方法之一是通过交通供给的优化来缩小交通供需间的不平衡。交通供给优化的核心,又在于实现城市多方式交通需求与多方式交通供给之间的平衡匹配。多方式交通供给,是指包括私人小汽车、公共交通、步行、自行车等一系列交通方式在内的综合交通系统供给。城市多方式交通供给的目标是形成一个分工明确的级配良好的网络,以期引导多方式交通需求也向该级配方向去发展,最终实现城市多方式交通供给与需求的平衡。然而,我国大部分城市的多方式交通网络级配并不理想。一方面,已有政策过度关注私人小汽车与公共交通之间的博弈,而忽略了其他交通方式的重要作用。已有的公交优先、小汽车拥堵收费等一系列举措,都只着眼于一、两种交通方式,以期实现整个城市交通系统的优化,这必然难以实现。共享单车的突然崛起与迅速发展恰好印证了这一问题。另一方面,当前交通领域正值智能化、网联化迅猛发展阶段,自动驾驶汽车(Automated vehicle,AV)、智能网联自动驾驶汽车(Connected and automated vehicle,CAV)等新型车辆技术正得到社会各界的广泛关注。这些新型车辆由于独特的性能,由其带来的路段通行能力的变化、交通出行方式的转变将会对已有城市多方式交通出行产生颠覆性影响。因此,考虑智能化、网联化交通方式的新型城市多方式交通网络系统在未来解决交通供需平衡、缓解交通拥堵方面将发挥重要作用。为此,本文依托国家自然科学基金重点项目《现代城市多模式公共交通系统基础理论与效能提升关键技术》(51338003)和《基于广义交通枢纽的城市多模式交通网络协同规划理论与方法》(51638004),开展“城市多方式交通网络客流分配问题”的相关研究,在分析城市多方式交通网络客流分配基本方法的基础上,分别从融合共享单车、自动驾驶汽车、智能网联环境、以及智能网联自动驾驶汽车专用车道四个方面对新型多方式交通网络分配问题进行深入研究。首先,梳理了城市多方式交通网络客流分配的理论基础,为后续章节的研究提供依据。主要考虑了小汽车和公共交通在内的多种交通方式,阐述了基于用户均衡(UE)的小汽车客流分配模型与基于最优策略的公交客流分配模型,同时,提出了Logit-based的多方式交通网络客流分配模型,最后,基于Nine-Node网络和Sioux-Falls网络分配进行了算例分析,验证了所提基础模型的可行性。第二,考虑了包含机动化和非机动化在内的多种出行方式的交通网络,首先研究了组合出行下的多方式交通网络分配模型,分析了非机动化交通方式对多方式交通网络客流分配的影响,其次考虑了不同用户类型拥有不同交通方式选择的影响,建立了多用户类型下的包含组合出行的多方式交通网络分配模型,再次基于多用户类型和组合出行模型,研究了考虑共享单车的多方式交通网络分配问题,最后基于Nine-Node网络和SiouxFalls网络分配进行了算例分析,并分析了共享单车的票价等相关因素的影响。第三,分析了自动驾驶汽车对多方式交通网络的影响。自动驾驶汽车通过自动化检测与控制手段,将减轻人工驾驶负担,提高了驾驶安全性,并进一步提升交通流整体的运行效率,对传统的交通出行具有重要影响。首先研究了考虑自动驾驶汽车在内的混合交通流下道路通行能力的改变,其次基于该道路通行能力建立了多方式交通网络分配模型,并提出了针对该混合交通流下网络分配模型的求解算法,再次提出了考虑自动驾驶汽车的网络收费模型及求解算法,最后基于Nine-Node网络和Sioux-Falls网络分配进行了算例分析,验证了模型和算法的可行性。第四,分析了考虑智能网联环境下的多方式交通网络,包括人工驾驶汽车与智能网联自动驾驶汽车,其中智能网联自动驾驶汽车分为车车网联自动驾驶汽车和车路网联自动驾驶汽车。首先分析了智能网联环境下的路段通行能力的改变,基于此提出了采用布设路侧单元改善通行能力的策略,其次,研究了智能网联环境下的最优路侧单元布设模型,用于改善智能网联环境下的混合交通流运行,再次,提出了智能网联环境下最优路侧单元布设问题的求解算法,最后,基于Toy网络、Nine-Node网络和South-Florida网络分配进行了算例分析,验证了模型和算法的可行性。最后,分析了考虑CAV专用车道的多方式交通网络问题,该交通网络由CAV和人工驾驶汽车两种车辆组成。首先分析了CAV专用车道带来的路段通行能力的改变,基于此建立了考虑CAV专用车道的多方式交通网络布设模型,并提出了相应的求解算法;其次,提出了考虑CAV专用车道与路侧单元混合布设的问题,该模型融合了两种改善混行交通流的方法,并提出了相应的求解算法,最后,基于Nine-Node网络分配进行了算例分析,验证了考虑CAV车道布设及混合布设的有效性。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U12
【部分图文】：

图 3-2 共享单车图 3-3 共享单车对出行的改变[131]同时兼有共享经济和自行车两种属性。共享性保障了单车使拥有自行车的条件下可以随时随地地使用共享单车进行出行

48图 3-3 共享单车对出行的改变[131]单车同时兼有共享经济和自行车两种属性。共享性保障了单车使用的在不拥有自行车的条件下可以随时随地地使用共享单车进行出行。同有自行车的属性，主要表现在承担短距离出行和长距离换乘的功能武汉市和长沙市为例，共享单车的平均单次骑行距离分别为 1.69 公 公里以内的骑行比例占到了 86%左右，平均单次的骑行时间也仅为钟，20 分钟以内完成骑行的比例分别达到 83%和 89%。因此，共享享便捷属性的承担短距离出行功能的出行方式。

第三章 考虑共享单车的多方式交通网络研究常有限的短距离出行者会转用共享单车或共享单车+公交的方式，绝大部分小汽车用户还是选择小汽车完成长距离出行。值得一提的是，由于共享单车带来的便捷性，许多原本采用步行的出行者转用共享单车，但这一转换受共享单车使用费用的影响。此外，对比有无共享单车的情况下，整个多方式网络总出行时间由 5139.07 下降到 4195.49，总出行时耗下降了 18.36%，效果非常显著。（3）共享单车票价敏感性分析本文对共享单车票价进行了敏感性分析，其费用分别设置为从占出行时间的 1%、5%、10%、15%以及 20%。基于 MMUE-NLP 和 MMBUE-NLP 进行对比分析，结果如图3-7 所示。

本文编号：2879611