[01154385]大城市复杂交通流特性分析及管控策略研究

1. 课题来源与背景 本课题来源于国家973计划项目。交通拥堵已经成为制约城市可持续发展的主要瓶颈,而城市交通系统涉及到人、车、路和管控措施之间的相互作用,具有动态性、随机性和复杂性三大特点,与其相关的基础科学问题极具挑战性。重视并加强大城市交通拥堵瓶颈的基础科学问题研究具有重要的意义,对提高交通管理与控制水平、缓解交通拥堵极为重要。 2. 研究目的与意义 该项目从实验设计、优化建模和理论解析三方面系统地开展了大城市复杂交通流特性及管控策略的研究,建立了大城市交通流复杂时空演化特性的研究框架;成果突破了传统理论的限制,揭示了大城市交通流中的行人流、道路交通流和轨道交通流的内在演化机理,为交通规划、设计与优化管理提供了科学依据与方法支撑。 3. 主要论点与论据 该项目针对“大城市复杂交通流特性及管控策略”这一关键科学问题,围绕大城市交通流中的行人流、道路交通流和轨道交通流三个核心方面开展了深入研究,揭示了大城市复杂交通流的动力学演化特性,建立了新的城市交通流模型,提出了有效的交通管控策略,解决了一些国际公认的难题,取得了一系列原创性的基础研究成果,为设计和发展先进的大城市综合交通管控方法奠定了坚实的理论基础。 4. 创见与创新 （1） 行人流动力学演化特性与应急疏散管控策略。首次将行人微观运动建模方法和网络宏观交通流的动态均衡理论相结合,构建了密集行人流疏散动力学模型,并开展了真实大型公共场所密集人群逃生过程的模拟实验,揭示了拥挤行人流疏散过程中普遍存在的从众效应、瓶颈效应和动态路径调整等实测现象产生的内在机理;进一步研究了疏散出口设置的优化方案,可有效提升突发事件下的行人疏散效率。 （2） 城市道路交通流的演化规律及拥堵传播消散管控策略。针对现有交通观测数据难以全面反映道路交通流演化本质特征这一问题,在国际上首次开展了开放道路上大规模车辆跟驰实验,发现了交通扰动的凹增长特性,揭示了交通流不稳定性的产生机理;在此基础上,构建了面向城市交通网络的交通流传播模型,揭示了突发事件下交通拥堵传播的空间结构特征,提出了缩短渠化区长度、均衡分配停止线宽度等交通管控策略,可有效延缓拥堵传播并缩短拥堵消散时间;此外,开展了基于KDV方程扩展模型的解析研究,为分析交通密度波的非线性稳定性提供了理论工具。 （3） 城市轨道交通流运行优化和管控策略。针对现有城市轨道交通线网列车衔接时间不均衡的问题,建立了面向列车衔接时间均衡的运行图同步优化模型,有效提高了列车的运行效率;针对列车运行调整问题,构建了基于时空网络表示方法的两阶段可信性最小风险模型,研究了突发事件下运行图的鲁棒调整策略,降低了不确定干扰导致的运行调整决策风险;提出了一种面向列车节能运行优化控制的双层规划模型,在满足运行时间约束的同时,有效降低了系统能耗。 5. 社会经济效益,存在的问题 该成果论文发表在管理和交通科学领域顶级期刊Operations Research、Transportation Research Part B等上,4篇入选ESI高被引论文,1篇入选中国百篇最具影响国际学术论文。SCI他引314次,获国家发明专利2项,出版专著2部。成果得到众多国际著名学者的高度评价,并引出了一系列后续研究。部分模型与算法已被成功应用到运行实践,并取得了良好应用效果,显示出理论成果指导交通实践的重要作用。 项目组的成果应用主要是分别针对单一交通流模式开展的。以行人流、道路交通流、轨道交通流为核心的大城市综合交通系统的整体协同管控策略的研究尚处于起步阶段,存在着较大的研究空间。今后,需进一步加强多模式协同管控的联动机制研究,并与应用部门合作开展实证工作。 6. 历年获奖情况 无