基于宏观基本图理论的路网交通状态传导机理研究

The traffic status of a road network is influenced by the status of not only adjacent region but regions far away. For example, traffic status can be influenced quickly by the status of regions far away through rapid traffic channel. Two-bin-channel system is proposed to study the conduction velocity and conduction ability of road traffic, the complexity can be reduced in contrast to the previous studies which mainly concentrated on traffic status transmission within a link or among links. The limitation of Macroscopic Fundamental Diagram theory can be also solved for the conduction process can be studied in detail with Two-bin-channel system. The representation of road network conduction will be studied with data mining technique and the topology and traffic characters of contact channel will be analyzed; conduction model and evolution model of road network will be developed with Macroscopic Fundamental Diagram theory and traffic flow theory. The mechanic of conduction velocity and conduction ability together with storage ability of contact channel (region) to traffic status conduction of road network will be studied in detail; the result will be validated with field data. The outputs of the project could provide theoretical framework and methodology for not only conduction theory for road network but conduction theory among different traffic pattern. It can also be a theory base for the planning, construction and management of contact channel. What's more, it can be technical support for early warning of traffic status and control together with demand management.

某个区域路网的交通状况通常会受到相邻及不相邻区域路网交通状态的影响，比如快速通道能使一个区域的交通状态迅速影响到空间不相邻区域路网的状态。本研究提出"两箱通道系统"对路网交通状态的传导速度、传导能力等机理进行研究，相对于已有基于路段层面的状态传播研究，可大幅降低全网分析的复杂性；并克服宏观基本图理论对路网状态传导过程分析不足的局限性。研究将分析描述路网状态传导的现象，提炼联系通道（区域）的拓扑特征和交通特性；基于宏观基本图理论和交通动力学理论，构建路网状态传导模型和演变模型，进而解析联系通道（区域）的传导速度、传导能力和蓄流能力对路网状态传导影响的机理；最后通过实测数据对模型进行验证。研究成果可为路网间甚至不同交通方式间状态传导理论提供理论框架和分析方法，也可为联系通道（区域）的规划、建设和管理提供依据，为路网状态预警、管控和需求管理提供支持。

研究首先利用上海市速路检测器数据，分析路网状态传导的表象特征，验证了上海市快速路宏观基本图的存在性。发现相比于周末，工作日宏观基本图有更多散点，快速路网宏观基本图中存在磁滞现象。现晚高峰交通拥堵消散时路网中交通流密度分布更不均匀，且拥堵路段交通流相互干扰因而流量更低，二者共同导致路网磁滞现象的产生，而且后者的影响更大。.其次，通过引入风险偏好函数，刻画瓶颈作为联系通道时的车道选择行为，构筑了状态传导和演变模型，来分析路网状态的传导和演变规律，研究发现，瓶颈存在且自发的合流情况下，两个车道的定位存在不同时，必然会使得两个车道的驾驶员组成不同。这种组成的不同会改变合流区的合流行为，进而造成瓶颈上下游交通状态传导出现一些特殊现象和规律，如高通行能力现象，右侧最快现象等。这一发现计入了瓶颈上游不同车道在合流点优势不同的影响，可将交通状态预测的精度提升至车道级，从而可以大大提高交通状态预测的准确程度。.为解析宏观基本图磁滞现象产生的机理，本课题引入储备需求和需求错位两个概念，解析了磁滞产生的机理，研究发现，多层级路网存在，特别是快速路网存在的情况下，只要需求足够，必然带来磁滞。这一发现将对如何确定合理路网结构提供理论支撑。.为分析路网规模、土地利用模式对路网状态传导和路网通行能力的影响，我们设计了实验方案对其进行分析，研究发现，交通需求总量一定时，存在一个最优的开发强度，使得交通出行效率最高。而当开发强度一定时，则存在一个关键的交通需求值，当交通需求高于此值时，交通出行效率急剧下降。本文研究结论可为城市核心区的需求控制策略提供理论支撑。.实证研究揭示，本研究所提出的的模型，相对于已有的微观仿真模型，在精度上有所提高，更重要的，本研究所提出的模型为宏观模型，从而降低了全网运算的复杂性，运算速度更快，更适合于大范围路网的状态传导和状态演变预测。