基于网格模型与K-Means算法的交通状态演变特征

为利用海量网约车轨迹数据实现对城市交通状态的高效识别与分类,对成都市网约车轨迹数据进行预处理,构建城市交通状态识别网格模型,根据模型判别网格的交通状态。利用K-Means聚类算法对不同时段的交通状态进行聚类,并将交通状态分为持续畅通型、轻度缓行型、持续缓行型、持续拥堵型4种类型,从时间维度和空间维度分析不同网格的交通状态演变特征。结果表明:研究区域内交通状态相对稳定,持续拥堵区域分散,持续缓行区域较为集中。基于网格模型与K-Means算法的交通状态识别方法能够实现对交通状态的快速判别与聚类,可实现对不同城市交通状态的识别。     

基于速度里程分布的快速路宏观交通状态评价模型

随着城市规模的不断扩大,快速路已成为支撑城市道路交通系统运行的重要 部分.准确的快速路宏观交通状态评价是快速路交通管理的关键.本文以北京市西三环为 例,引入交通流宏观基本图模型,设计了基于速度里程分布的快速路宏观交通状态指数 （MTCI）.首先,利用RTMS 数据,建立了宏观基本图模型.在此基础上,将快速路宏观交 通状态划分为畅通、基本畅通、轻度拥堵、中度拥堵和阻塞五个等级.然后,利用浮动车数 据建立了快速路车辆运行速度累积里程分布模型.通过关联宏观交通流状态与车辆运行 速度累积里程分布,构造了基于速度里程分布的MTCI 评价方法,并通过实例验证了该 模型的适用性.     

MFD子区交通状态转移风险决策边界控制模型

根据交通流分布,决策区域路网交通状态转移风险是进行区域交通诱导与控制的重要基础.宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)无需复杂的路网OD数据,并可有效描述区域路网宏观特性,为解决这一问题提供了契机.因此以MFD特性为基础,考虑诱导与控制条件下驾驶人的路径决策对子区交通状态的影响,以路网最大完成率和最短总行程时间为约束,通过模糊风险管理,建立平衡MFD子区交通状态与成本的风险决策模型,并采用ALRS算法对模型进行求解.仿真结果表明,建立的交通状态风险决策模型可有效提高控制和诱导的效率,同时保证突发情况下交通控制的实时性和有效性.     

拥堵指数自适应调节的交通运行状态识别方法及应用研究

拥堵指数是客观评价城市交通运行状态的有效指标。针对当前拥堵指数模型中对交通畅行速度时空特性考虑不足的问题，本文在车辆定位与路网时空匹配数据的基础上，引入概率密度分段原理对车辆速度进行距离和时间分段，建立了具有自适应调节能力的拥堵指数模型，用于城市交通运行状态的分类与识别。以厦门市节假日浮动车辆定位数据为例，仿真分析了拥堵指数模型在复杂道路和城市交通中的适用性，并揭示了城市交通运行状态的变化规律。分析结果表明：拥堵指数模型能有效区分道路的空闲和繁忙时段，并依据对应时段的畅行速度进行自适应调节；针对复杂互通立交和专用共线道路，拥堵指数计算结果相较传统方法平均提升了 6.5%和3.2%；厦门市交通为单一晚高峰拥堵形态，平均拥堵指数介于 1.0~3.0 之间，拥堵时间为16:10- 21:00，空间分布集中在厦门市进出岛方向的主干道枢纽位置，以及厦门岛内东西走向主干道。该项研究对于快速建立不同城市及具有特殊时段需求的交通运行识别方法起到积极作用。     

城市交通运行状况对机动车碳排放的影响研究

为定量分析不同城市交通运行状况对机动车碳排放的影响，利用高德平台提供的拥堵延时指数(Congestion Delay Index, CDI)数据，在分析我国交通拥堵城市时空分布特征以及CDI特征的基础上，通过构建基于速度的CO2排放因子，利用VISSIM模拟不同交通运行状况时的交通量， 实现不同交通运行状况下机动车碳排放的估算。结果显示：交通拥堵城市分布具有空间依赖性和聚集性，在长三角经济区和珠三角经济区形成两个高聚集中心；CDI具有明显的周期性(7 d)波动规律，且受天气和人类活动等的影响较大，疫情打破了此规律；城市交通运行状况(CDI)对机动车CO2排放有较大的影响，当交通处于轻度拥堵时(CDI为1.582)，交通高峰期我国城市机动车年排放的CO2总量约为0.77亿 t，是畅通状态下的4.51倍；当交通保持基本畅通时(CDI为1.35)，交通高峰期我国城市机动车CO2年排放总量可减少0.29亿 t；当交通达到中度拥堵时(CDI为1.909)，交 通高峰期我国城市机动车CO2的年排放增加0.22亿 t；当处于交通严重拥堵时(CDI达2.394)，交通高峰期我国城市机动车CO2的年排放总量可达1.33亿 t。改善城市交通运行状况，可大幅度降低机动车的CO2排放量。     

网络行程时间可靠性评价方法与影响因素

采用区域划分方法研究了网络行程时间率的概率分布, 提出了基于OD对的网络行程时间可靠性指标以评价城市交通可靠性; 选取影响行程时间可靠性指标的相关因素, 建立了多元线性回归模型, 用逐步回归法求解模型, 并进行了模型参数显著性检验; 根据杭州市和北京市的网约车数据计算了网络行程时间可靠性指标, 并与高峰拥堵延迟指数进行对比, 分析了网络行程时间可靠性指标的时间和空间分布规律。研究结果表明: 在多元线性回归模型中, 规划行程时间率与等待时间、费用、距离、行程时间和OD对间行程次数这5个自变量拟合得到的决定系数为0.772, 平均行程时间率与5个自变量拟合得到的决定系数为0.857, 2个模型拟合程度均较好, 回归模型显著; 规划行程时间率回归模型中等待时间、行程时间和实际行程距离的回归系数分别为0.386、0.399与-1.286, 平均行程时间率回归模型中等待时间、行程时间和实际行程距离的回归系数分别为0.162、0.177与-0.676, 2个交通可靠性指标都与等待时间和行程时间呈正相关, 和实际行程距离呈负相关; 提出的网络行程时间可靠性指标与高峰拥堵延迟指数变化趋势一致, 较好地符合现实交通状况, 从多角度反映了交通可靠性特征, 可以为路网规划提供决策支持, 帮助居民更好地进行出行路径选择。      

基于合理路径的拥挤路网交通状态分析方法

为防止路网交通拥堵的扩散,考虑路段状态指标饱和度和行程时间的影响,建立了基于合理路径集的路网分析模型.将非拥挤区域从内到外分为控制层、诱导控制层、诱导层和无关层4个层次,反映了路网状态的空间分布和潜在演化趋势.基于交通分配得到的流量,对本文的状态分析模型进行了数值验证,仿真结果表明:各层次路段在路网中的比例随流量的增大而变化,且拥堵区域呈现扩张趋势;高峰时段各层次路段的比例为20%、5%、10%、10%和56%;同层次中饱和度越大的路段对拥堵区域的影响越大.     

考虑出行者不同理性程度的拥堵交通流分配方法

为研究出行者感知偏好对交通分配结果的影响,本文构建了微观路径选择模型,提出拥堵条件下受路段通行能力限制的交通分配算法。引入出行者决策过程中的后悔和无差别化阈值,考虑出行时间和排队时间的心理感知差异,构建不同理性程度下的路径选择概率模型。在集计水平上,考虑当前路段及其上下游路段通行能力限制、路段车辆空间排队和溢出,提出路段车流量流入、流出的修正方法。采用增量加载分配方法,研究路段车辆的消散特性,再现了从个体路径决策到宏观路网状态的演化过程。基于Nguyen-Dupuis仿真网络,比较不同算法下各路段的拥堵车辆和各路段车辆流入、流出情况。结果表明：出行者个人偏好感知会显著影响拥堵路段的成本函数,是出行者路径选择的关键因素,但是出行者个人偏好对非拥堵路段的车辆流入、流出影响较小;考虑个体偏好的交通分配方法能降低路网的平均饱和度。本文提出的考虑有限理性的拥堵交通分配方法可应用于拥堵路网的交通诱导,有利于促进道路资源的合理利用。     

基于道路交通状态的随机用户平衡

运用随机用户平衡配流的基本思想和交通流理论，提出了道路交通状态的概念，以便讨论交通拥挤情况下的交通量分配问题．将道路交通状态定义为行程时间和道路拥挤度的线性加权和．假定在路网随机变化的情况下，出行者以行程时间和道路拥挤度最低为路径选择准则，建立了基于道路交通状态的随机用户平衡配流模型，并证明了模型的等价性和唯一性，给出了该模型的连续平均求解算法．一个小型网络的数值计算结果表明，该模型能反映出行者在随机路网中的路径选择行为．     

基于宏观基本图的路网多子区状态一致协同控制

针对基于宏观基本图(MFD)的路网多子区协同控制未考虑各子区拥堵状态差异性及均衡性的问题，本文提出以多子区状态可达一致为目标的子区边界状态反馈控制设计方法. 首先，基于路网 MFD模型建立路网多子区协同模型；进一步，基于部分变量稳定性理论，设计多子区状态可达一致的边界状态反馈控制律.在此基础上，考虑子区拥堵状态的差异性，设计了子区间的协同控制策略，快速缓解子区拥堵状态；同时，提出子区边界输入流的分配优化策略.最后，以潍坊市实际路网为背景建立仿真模型.实验结果表明，本文方法可实现子区交通流分布的均衡性，快速缓解子区拥堵状态，较大幅度地提升路网运行效率.     

基于实测数据的终端区空中交通流特性分析

研究机场终端区空中交通流时空特性,为揭示交通流内在相互影响及拥堵机理,优化终端区管控策略提供科学依据.本文根据实测的空管雷达信息,首先确定目标航段上空中交通流参数的时序分布;然后从交通流参数关系基本图出发,结合终端区空中交通运行方式与管制规则的分析,将空中交通流状态划分为自由流、弱管制干预流和强管制干预流三个阶段;最后,在状态划分的基础上,采用线性回归分析建立空中交通流的速度-密度模型、流率-密度模型和流率-速度模型,并以F和T检验对回归模型及回归系数的显著性进行检验.研究结果表明,本文建立的交通流模型能够较好地反映空中交通流特性,且对终端区空中交通时空态势的评估具有应用价值.     

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研究机场终端区空中交通流时空特性,为揭示交通流内在相互影响及拥堵机理,优化终端区管控策略提供科学依据。本文根据实测的空管雷达信息,首先确定目标航段上空中交通流参数的时序分布;然后从交通流参数关系基本图出发,结合终端区空中交通运行方式与管制规则的分析,将空中交通流状态划分为自由流、弱管制干预流和强管制干预流三个阶段;最后,在状态划分的基础上,采用线性回归分析建立空中交通流的速度—密度模型、流率—密度模型和流率—速度模型,并以F和T检验对回归模型及回归系数的显著性进行检验。研究结果表明,本文建立的交通流模型能够较好地反映空中交通流特性,且对终端区空中交通时空态势的评估具有应用价值。     

Property Analysis of Urban Road Travel Time

To estimate arterial link traffic condition based on probe vehicles, it is necessary to investigate the fluctuation characteristics of road travel time with traffic condition. On the basis of micro traffic simulation model, this paper analyzes the fluctuation of road travel time with traffic condition, and examines whether the mean travel time can reflect the variation of traffic conditions including free flow, congestion to traffic jam. As a conclusion, (1) mean link travel time can be used to identify free flow, congestion, and traffic jam; (2) mean link travel time divides congestion condition, but cannot subdivide free flow condition; (3) in the condition of congestion, travel time is distributed as a two-peak mode, and the average travel time is difficult to be estimated by small size sample.     

路网宏观基本图中磁滞现象的产生机理

为尽快将路网宏观基本图理论应用于实际交通管控中,利用车流波动理论从交通流状态演化的角度分析路网宏观基本图中磁滞现象的产生机理。以日本京都市的实际观测数据验证部分结论的可靠性。通过理论研究及案例分析发现:1)路网中低密度、高流量的交通流状态经过拥堵流状态后转化为低密度、低流量的交通流状态是磁滞现象产生的重要原因;2)在相同路网车辆数的条件下,相较形成过程,磁滞环的消除过程会使得路网中产生更多的拥堵路段及拥堵溢出点;3)当路网中存在非拥堵路段可供逐渐增加的车辆选择时,路网宏观基本图有可能在磁滞环形成过程中出现路网车辆数持续增加、但路网总流量保持不变的奇异现象。     

道路拥堵概率估计方法及其在城市交通运行评价中的应用

首先提出能够统一描述不同交通负荷下路段内车流离散性进的出行时间指数 （TTI）概率分布模型,并建立该分布模型参数随路段速度变化的模型.进而给出一种新的 拥堵概率估计方法.其根据路段速度获得路段内车辆TTI 的概率分布参数,进而获得隐含 的车辆TTI 概率分布及路段处于不同拥堵状态的概率.应用于交通运行评价,解决了现有 方法评价结果受路段长度影响,以及微观评价波动性大的缺陷.给出的理论方法在交通运 行分析、仿真及控制领域具有广泛的应用前景.     

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了解路段旅行时间随交通状况变化特性对利用探测车等新式交通检测技术估计交通状态非常重要.基于交通微观仿真模型,分析了路段旅行时间随交通状况的变化特性,验证了平均路段旅行时间是否能够采集通畅、拥挤到堵塞这三个状态,以及是否能细分这三个交通状态.结果表明：（1）平均路段旅行时间能够判断上述三个状态;（2）在拥挤阶段,随着交通状态恶化,平均路段旅行时间逐步增加,因此能够细分拥挤状态为多个子状态,但由于在通畅阶段,即便流量增加,平均路段旅行时间基本不变,因此无法细分通畅状态,细分通畅状态需要流量信息;（3）路段旅行时间在拥挤状态时处于双峰分布,难以用少量的探测车提供的数据可靠地估计平均路段旅行时间.     

基于地面路网MFD 的快速路出口匝道流量分配模型

过于集中的流量分配易导致出口匝道和与之相衔接的地面道路过饱和,进而影响快速路和地面路网的通行效率.为提高路网中车辆通过快速路到达目的地的通行效率,基于地面路网宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram,MFD）,以出口匝道通行能力和与之相衔接的地面路网承载能力为约束条件,以整个路网的车辆总行程时间最短为优化目标,建立快速路出口匝道流量分配模型.根据宏观网络车流平衡方程,采用改进的遗传算法对模型进行求解.最后,通过实际路网验证了模型的有效性.结果表明,该模型可有效提高车辆通过快速路到达目的地的通行效率,同时降低出行成本.     

基于两阶段行程时间的交通流分配理论

针对目前静态交通流分配理论难以处理网络流量演化的问题,给出了基于交通流 反λ 基本图的流量分配新模型.通过不断求解新模型更新路段交通状态,明确了利用静态交通 流分配模型分析网络交通流演变的具体方法.假设网络路段均处于自由流状态,通过求解得到 平衡路段流量,判断是否达到临界流量.将路段流量达到临界流量的路段设定为拥挤状态,重 新求解平衡流量,判断是否仍存在达到临界流量的路段.依据上述思路,直到新的模型无解或 无新的路段达到临界流量.本文通过定义网络不同级别的拥挤瓶颈,完成对网络流量演化的分 析描述.算例验证了新模型与方法的可行性.新理论提供了分析网络交通状态演变的新思路, 拓展了静态交通流分配理论.     

不同交通流运行状态下的行程时间可靠性分析

行程时间可靠性可以直观反映道路交通流的运行状况,为管理者和出行者提供决策依据。本文以车牌识别系统数据为行程时间数据来源,每10 min作为一个出发时段,研究行程时间可靠性在全天的分布情况。提出了从运行效率和运行稳定性两个层面定义行程时间可靠性的内涵,并通过相关性分析,将现有常用行程时间可靠性指标分成了两类。提出了基于行程时间的交通拥挤判别方法,依照拥挤情况对交通流运行状态进行了分类,分析了行程时间可靠性随交通流运行状态的变化趋势:从效率层面讲,行程时间可靠性与交通拥挤情况的变化趋势完全一致;从稳定性层面讲,稳定交通拥挤时段行程时间可靠性较高,而交通流转变时段行程时间可靠性较差。