基于节点可达性的城市路网交通状态判别方法研究

论文摘要

随着城市经济的发展,区域路网规模不断扩大和完善。然而,不断发展的路网容量并没有改善日益严重的交通拥挤问题,这一矛盾暴露出的是城市交通中存在的管理问题,即不断扩充的路网容量只能暂时缓解当下的交通供需矛盾,而有效的解决之策应是依靠先进的管理手段和方法,实时获知微观路段和宏观路网的交通状态信息,并及时发布给道路交通的出行者,以期达到避开拥挤区域,提高路网利用率的目的。因此,实现城市路网交通状态的实时且准确的判别就成了当务之急。目前国内外针对路网层面上的路段交通状态判别的研究较少,大部分研究是针对某一路段的突发交通事件的判别技术。这些技术最大的问题就在于无法满足交通运行管理部门对状态判别的实时性需求。因为交通出行者面临的是无数路段如何组合达到最佳通行目的的抉择,因此更关心当前整个路网中所有交叉口、路段的交通状态。然而城市道路是复杂的拓扑结构,对城市道路实时交通状态判别需要从整个路网入手,将每个交叉口、路段的实时服务质量和交通状态全面、及时地反馈给管理部门,以便他们能够为出行者发布实时交通状态信息。此外,随着道路交通需求量的不断增加,与交通事故无关的常发性交通拥堵现象也越来越常见,对这类交通状态的判别也逐渐成为城市交通管理者关注的重要内容。本文针对以上问题,在充分考虑道路交通参与者和管理者对实时交通状态信息的需求基础上,从路网的微观交通流特点和道路网络的复杂性入手,深入分析城市路网的布局结构、拓扑结构等路网特性对微观路段上的交通流的影响。在对表征交通状态参数的对比分析的基础上,结合城市交通状态判别的内涵,提出了判别模型的评价指标。最后,根据国内外对交通状态量化的标准和道路服务水平与交通状态的关系,建立适用于本文模型的交通状态量化标准,并引入节点可达性分析法,得到基于节点可达性的路网交通状态判别模型,并通过实例证明了该方法具有较高的实时性和准确性。论文在以下几方面有一定特点：1)通过对城市路网的网络复杂性分析,明确了宏观路网结构对微观路段上的交通流状态的影响。在此基础上对常见的交通参数对比分析,结合城市交通状态判别的内涵,提出适用于本文的基于饱和度和速度的无量纲交通状态判别指标；2)对经典的交通状态判别模型的性能进行对比分析,结合交通运行管理部门对模型性能的需求,通过引入节点可达性分析,构建路段拥挤度邻接矩阵和交叉口状态可达矩阵,得到基于节点可达性的路网交通状态判别模型；3)明确了判别模型的判别周期和模型状态变化的临界值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究综述
• 1.3.1 国外交通状态判别研究
• 1.3.2 国内交通状态判别研究
• 1.4 研究内容与技术路线
• 1.5 本章小结
• 第二章 城市路网交通特性分析
• 2.1 城市路网的微观交通特性
• 2.1.1 城市路段交通特性
• 2.1.2 交叉口的交通特性
• 2.2 城市路网复杂性分析
• 2.2.1 城市路网的复杂性概述
• 2.2.2 城市路网的布局结构
• 2.2.3 城市路网的拓扑结构
• 2.3 城市路网复杂性对交通流的影响
• 2.3.1 布局结构对交通流的影响
• 2.3.2 拓扑结构对交通流的影响
• 2.4 本章小节
• 第三章 交通状态的表征参数及判别指标
• 3.1 城市交通状态判别的内涵
• 3.1.1 交通状态的定义与分类
• 3.1.2 城市交通状态判别的内涵
• 3.2 交通状态参数的选取
• 3.3 判别模型的指标设计
• 3.3.1 设计原则
• 3.3.2 指标的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于节点可达性的城市路网交通状态判别模型
• 4.1 交通状态经典判别算法分析
• 4.2 判别模型的需求分析
• 4.2.1 路网特性对判别模型的要求
• 4.2.2 交通运行管理对判别模型的需求
• 4.2.3 路网建设规划对判别模型的需求分析
• 4.3 判别周期的确定
• 4.4 交通状态临界值的设定
• 4.4.1 交通状态的量化标准
• 4.4.2 城市道路服务水平与交通状态的关系
• 4.4.3 交通状态临界值的设定
• 4.5 判别模型的建立
• 4.5.1 节点可达性的定义与计算
• 4.5.2 基于交叉口可达性的建模合理性分析
• 4.5.3 路网模型的建立
• 4.5.4 判别模型结论分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 模型应用实例分析
• 5.1 大雁塔区域路网现状描述
• 5.1.1 区域内道路现状
• 5.1.2 区域内交叉口现状
• 5.1.3 区域内交通管制措施现状
• 5.2 区域路网模型建立
• 5.2.1 路网拓扑结构
• 5.2.2 交通数据采集
• 5.2.3 路网模型计算
• 5.2.4 路网分层
• 5.3 区域路网交通状态判别
• 5.4 本章小结
• 结论及展望
• 1 主要研究结论
• 2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢