城市交通承载力动态演化及其改善策略研究

Urban traffic system is an open and complex dynamic system. The modeling and analysis on its capacity is one of the difficult and hot topic that are wide concerned and recognized by the field of transportation science and engineering all the way, which has a significant effect on urban planning, traffic management and control, and urban system performance optimization. Under the background of sustainable development of urban traffic system, as to the key elements that affect transportation capacity, this project mainly analyzes the influential mechanism of demand structure, traffic network topology and the travelers behavior choice on the carring capacity and their interactions. Based on this, allowing for the dynamics of urban traffic system, the dynamic evolution and several characteristics of its carrying capacity are analyzed in two aspects, namely the traffic flow evolution and the temporal-spatial evolution of urban traffic network structure. Meanwhile, The coordinated evolution model of urban traffic capacity, demand structure and nerwork topology is established. Eventually, according to the factors of the carrying capacity itself, we propose some methods to improve the capacity and then provide a scientific criterion for reasonable urban traffic planning and management.

城市交通系统是一个开放的、复杂动态系统，其中对城市交通系统承载力的建模与分析一直是交通科学与工程界普遍关注和公认的难点和热点问题之一，它对于城市规划、交通管理和控制、城市系统功能优化具有明显的意义。本项目以城市交通系统可持续发展为大背景，针对影响城市交通承载能力的关键因素，重点分析需求结构、网络拓扑及出行者选择行为对大城市交通系统承载力的影响机理及互动关系。在此基础上，针对城市交通系统的动态性，从流量演化和城市交通网络结构时空演化两个角度，对城市交通承载力的动态演化与特征进行分析，建立城市交通承载力与需求结构、网络拓扑的协调演化模型；最后集中于城市交通承载力自身影响因素，提出改善和提升城市交通承载力的方法，进而为科学合理地进行城市交通规划与管理提供科学决策依据。

本项目深入研究了人-车-路及环境等因素协调演化机理和互动关系，分析了城市交通网络承载力的关键影响因素，包括出行者选择行为、需求结构，交通网络拓扑等，研究了各要素之间的协调演化及城市交通承载力与各要素的互动关系。出行需求与承载力互动关系方面，首先提出了基于有限理性day-to-day交通流演化模型来刻画城市轨道交通网络中乘客出行行为的动态演化特性；其次分别研究了具有不相关性（正相关、负相关）和相关性两种典型网络上的交通拥堵，结果表明相关性网络更容易发生拥堵，不相关的无标度网络可以承载更多的交通流量。交通网络结构与承载力互动关系方面，首先建立了人口分布与道路网络的互演化模型，结果表明人口分布对道路网络的形状有很大的影响；其次考虑区域承载力的情况下表明随着区域承载力、最大迁移距离和迁移率的增加，城市人口分布出现集中化现象，随着随机迁移参数的增加人口分布比较分散；基于复杂网络的交通网络演化性能评价发现节点数和边数呈现线性关系，网络抗毁性上基于最大度值和介数值的攻击对网络性能影响最大。城市交通承载力与需求结构及网络拓扑的协调演化方面，首先基于logistic方程，建立了城市道路和机动车的互演化动力学模型，当约束参数满足一定条件时，两者可以达到稳定的动态平衡；其次建立了考虑人口分布和道路网络之间互动关系的城市演化模型，结论表明扩散系数对城市可达性有突出影响，而随机探索概率决定了城市演化的速度，这也为城市交通可持续发展提供了理论依据。改善和提升城市交通承载力的策略方面，提出了考虑政府和住户、公司两种经济主体结合土地利用的交通网络优化设计方法，构建了基于资金限制的交通网络拓扑结构优化模型及算法。总之，本项目通过理论研究和仿真实验，寻求在有限资源条件下提升城市交通承载力，优化城市交通系统内部协调机制，为城市规划、交通建设和管理提供科学指导。.项目共计完成相关论文15篇，其中SCI检索11篇，EI检索1篇。受邀主题（大会）报告5次，共派出40余人次研究生参加学术会议22次，培养已毕业博士研究生2名，硕士研究生8名，5人次研究生获得国家奖学金。和英国利兹大学、新加坡南洋理工大学进行了深入合作。项目负责人获2015年国家杰出青年科学基金项目。