【摘要】：隨著城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展,交通擁堵已成為世界各大城市所共同面臨的問題。在日益嚴(yán)峻的交通環(huán)境下,智能交通系統(tǒng)(ITS)正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。然而,ITS硬件設(shè)施迅速發(fā)展和完善的同時,道路交通管理系統(tǒng)智能化程度低的問題依然存在;在未來一段時間內(nèi),交通管理部門所關(guān)注的不再是如何獲取實(shí)時的交通流運(yùn)行狀況數(shù)據(jù),而是怎樣從海量的交通流數(shù)據(jù)中挖掘有用的知識與信息,以指導(dǎo)交通管理決策。因此,在實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,開展交通狀態(tài)特征及擁堵傳播規(guī)律研究,不僅可為探索城市交通系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理提供一種新的思路,同時也能為完善道路基礎(chǔ)設(shè)施、制定擁堵緩解策略提供決策支撐。本文在總結(jié)和分析現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,對城市道路交通流實(shí)測數(shù)據(jù)特性進(jìn)行探索性分析;根據(jù)交通流實(shí)測數(shù)據(jù)特性,首先提出基于時空自相關(guān)的道路交通狀態(tài)分析方法,對道路交通狀態(tài)進(jìn)行分類研究,并探索不同交通狀態(tài)在時空上的分布和演化特性;其后,考慮交通流的空間不平穩(wěn)和時空不平穩(wěn)性,在對交通流進(jìn)行空間建模與時空建模的基礎(chǔ)上,提出基于實(shí)測數(shù)據(jù)的擁堵傳播空間特性及時空過程的分析方法。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)從時間和空間兩個角度,探索了城市道路交通流實(shí)測數(shù)據(jù)的時空自相關(guān)性、時空平穩(wěn)性以及周期性,并在此基礎(chǔ)上分析了交通流實(shí)測數(shù)據(jù)對交通事件發(fā)生的記錄能力。通過以北京市道路交通系統(tǒng)作為典型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在一定的時間和空間范圍內(nèi),交通流數(shù)據(jù)存在時間和空間正相關(guān)性,且隨著時間的推移和空間范圍的擴(kuò)大而逐漸減弱;同時,在交通流屬性取值、變量間關(guān)聯(lián)性以及空間自相關(guān)三個方面,道路交通流皆表現(xiàn)出時空不平穩(wěn)性。由于通勤出行的周期性變化,道路交通流數(shù)據(jù)在時間上也存在顯著的周期性,在長期演化中存在以7天(1周)為間隔的周期模式,而在短期內(nèi)則存在以24小時(1天)為間隔的周期模式。交通流的周期變化,導(dǎo)致交通流數(shù)據(jù)中的當(dāng)期擾動對于交通事件的發(fā)生具有一定的記錄作用,通過當(dāng)期擾動的計(jì)算可有效識別當(dāng)期內(nèi)交通事件的發(fā)生、評估事件嚴(yán)重程度,并在一定程度上反映交通事件發(fā)展規(guī)律。(2)對傳統(tǒng)Moran's I指數(shù)進(jìn)行時間維拓展,建立時空Moran's I指數(shù)和時空Moran散點(diǎn)圖分析方法,通過運(yùn)用行駛速度作為交通狀態(tài)基本量化指標(biāo),將道路交通狀態(tài)劃分為暢通聚集、暢通異質(zhì)、擁堵聚集以及擁堵異質(zhì)四種類型,并分析了四種交通狀態(tài)的物理特征;通過對北京市路網(wǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行案例研究,探索了交通流的時空關(guān)聯(lián)性以及四種交通狀態(tài)的時空分布規(guī)律。在交通流的時空關(guān)聯(lián)性方面,節(jié)假日與周末的交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)程度明顯低于工作日,這是由節(jié)假日和周末的通勤出行大量減少、出行需求的不確定性和隨機(jī)性增加所導(dǎo)致的;在一天內(nèi),由于午夜的暢通以及高峰時段擁堵的空間范圍廣且持續(xù)時間長,因此交通狀態(tài)的強(qiáng)聚集特征主要出現(xiàn)在凌晨時段與早、晚高峰的部分路段。四種交通狀態(tài)在時空上的分布也具有一定規(guī)律。午夜因出行行為較為稀疏,故路網(wǎng)上主要存在的是暢通聚集狀態(tài);早晚高峰的出行行為在空間上最為聚集,因此擁堵聚集狀態(tài)占據(jù)主體;而在中午,因出行行為的隨機(jī)性增強(qiáng),路網(wǎng)中的暢通異質(zhì)或擁堵異質(zhì)狀態(tài)有所增加。在空間上,對于出行行為較為聚集的城市中心區(qū),擁堵聚集狀態(tài)占據(jù)了較大的時空域;隨著空間位置遠(yuǎn)離城市中心區(qū),因出行行為分散到更廣闊的空間內(nèi),暢通聚集所占據(jù)的時空域也逐漸擴(kuò)大,而擁堵聚集的時空域則逐漸縮小。特別地,暢通異質(zhì)和擁堵異質(zhì)兩種交通狀態(tài)的提出,可有效識別路網(wǎng)上的瓶頸路段和能力相對富余的路段,為路網(wǎng)設(shè)施改造以及交通管理措施制定提供重要依據(jù)。(3)考慮交通流空間不平穩(wěn)性,對SDM模型進(jìn)行改進(jìn),并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)的道路交通擁堵傳播特性分析方法。北京市案例研究表明,相對于傳統(tǒng)模型,所提出的擁堵空間傳播特性分析方法,因考慮交通流的空間不平穩(wěn)性,對路網(wǎng)交通流的描述更加準(zhǔn)確。案例研究發(fā)現(xiàn),局部路段擁堵往往會造成周圍路段的服務(wù)水平皆趨于下降,特別是路網(wǎng)平均密度為22輛/km時(午后14:00左右),這種影響達(dá)到最大。而早晚高峰時段由于固有服務(wù)水平低且行駛速度限制了擁堵的傳播,局部擁堵的影響反而相對有限。另外,局部交通擁堵的空間影響還隨空間范圍的增加而急劇衰減,其中,向上游路段擴(kuò)散的影響最大,下游路段次之,對替代路段的影響最小。在空間分布上,局部擁堵加劇影響較大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在三環(huán)以外區(qū)域繞城市中心區(qū)分布,且沿各放射線上的關(guān)鍵部位向外擴(kuò)散,這是由于在這些關(guān)鍵部位,車流接近飽和態(tài),道路服務(wù)水平的抗干擾能力低,因此局部擁堵加劇對一定范圍內(nèi)路網(wǎng)的影響程度較大;而在城市中心區(qū)內(nèi),由于車流密度大且固有服務(wù)水平低,局部擁堵所傳播的空間影響反而比較微弱�？梢�,交通擁堵緩解措施的制定應(yīng)從系統(tǒng)的角度出發(fā),對路網(wǎng)臨界密度狀態(tài)(午后14:00左右)、以及路網(wǎng)中局部擁堵影響較大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(通常環(huán)繞中心區(qū)分布)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和疏導(dǎo),控制擁堵所傳播的空間影響,減少擁堵傳播引起的二次擁堵,從而改善城市出行環(huán)境。(4)考慮交通流數(shù)據(jù)的時空不平穩(wěn)性和多重共線性,提出一種改進(jìn)的PLS-STAR模型,并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)的擁堵時空傳播特性分析方法。北京市案例研究表明,相對于傳統(tǒng)模型,所提出的擁堵時空傳播特性分析方法和模型由于考慮了時空不平穩(wěn)和多重共線性,對擁堵傳播過程的描述效果得到了顯著提高。北京市案例研究發(fā)現(xiàn),對于一天中的午夜、早高峰、中午以及晚高峰四個典型時間點(diǎn),局部路段擁堵的影響持續(xù)時間分別為50、120、100以及110分鐘,可見,在較為擁擠的路網(wǎng)中,局部擁堵加劇的影響持續(xù)時間長且消散速度慢;而在相對暢通的路網(wǎng)中,局部擁堵的影響持續(xù)時間短且能迅速消散。在傳播范圍上,白天(早晚高峰和中午)因車流密度高,擁堵的最大傳播范圍也較大,一般可達(dá)8階以上空間鄰域,而車輛稀少的夜間,擁堵最大傳播范圍僅在3階空間鄰域以內(nèi)。擁堵影響的持續(xù)過程還可進(jìn)一步劃分為擴(kuò)散與收斂兩個階段。在擴(kuò)散階段,局部交通擁堵的影響從發(fā)生位置向外迅速擴(kuò)散,直至達(dá)到最大傳播范圍;在路網(wǎng)相對暢通的情形下(午夜和中午),擁堵的擴(kuò)散時長一般僅在30分鐘以內(nèi),而在高擁堵狀態(tài)下(早、晚高峰),擁堵的擴(kuò)散時間甚至?xí)^1小時。在收斂階段,擁堵的影響區(qū)域從最大傳播范圍開始向內(nèi)逐漸縮小;其中,午夜和中午擁堵的收斂速度較快,這主要是由路網(wǎng)出行需求低、車輛相對稀少所決定的:早、晚高峰出行行為密集、車流密度大,擁堵傳播的收斂速度相對較慢。因此,在路網(wǎng)中局部位置爆發(fā)交通擁堵后,應(yīng)及時(在擴(kuò)散階段內(nèi))采取調(diào)整信號方案、制定誘導(dǎo)策略等手段,重點(diǎn)針對擁堵區(qū)域外圍的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控和疏導(dǎo),切斷擁堵的傳播途徑,縮短擁堵的擴(kuò)散時間和影響范圍,使擁堵及早開始收斂,以減少擁堵傳播所引起的二次擁堵,達(dá)到改善城市交通環(huán)境的目的。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U491

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2255628