高速公路网络交通诱导分流方法研究

作     者：张晓田 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：过秀成

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速公路网络 交通运行状态指数 交通诱导 交通分流 交通仿真 

摘      要：高速公路网络作为区域交通的重要基础设施之一,是加强地区间客货联系与交流的重要通道。随着交通需求的快速增长,高速公路交通拥堵发生频率与严重程度日益增加,严重时可蔓延至高速公路相邻道路,对局部路网造成影响。交通诱导分流措施是从路网层面疏解拥堵,均衡路网车流的重要措施。高速公路网交通诱导分流方法的研究可为交通管理者制定诱导分流方案及交通诱导系统的建设提供理论依据和技术支持,对于降低交通拥堵对路网的影响,改善高速公路网的运行效率和安全水平具有重要意义。论文首先以高速公路收费数据和检测数据为基础,分析了高速公路网交通运行特征,包括路网入口流量时空分布、行程时间可靠性、事故时空分布、道路服务水平和断面流量时空分布等方面。结果表明高速公路网入口流量在时间与空间上的分布均存在不均衡性,部分OD间行程时间可靠性较差。位于区域内主要运输通道的高速公路具有明显的交通集聚特征。这些特征为高速公路网交通诱导分流提供了必要的前提条件,为后续交通运行状态判别和诱导分流方法等研究的开展提供了基础。构建高速公路网交通运行状态判别指标体系,基于模糊C均值聚类方法将交通运行状态划分划分为六个级别。以划分结果为基础构建高速公路路段交通运行状态指数模型,以车辆行程时间作为权重分别构建道路主线和整体路网的交通运行状态指数模型。基于扩展卡尔曼滤波模型,提出交通运行状态趋势预测方法,并通过高速公路实例对该方法进行有效性验证。该研究为后续诱导分流方法研究提供了判别标准和定量化的支撑。构建高速公路网交通诱导分流启动条件判别模型。探讨了诱导分流措施的实施原则和条件,分别以交通波理论和交通运行状态指数为基础定量地提出路段和路网层面的高速公路网诱导分流适用性条件并构建启动条件判别模型。明确了诱导分流措施的启动时机,为高速公路网诱导分流措施的启动与实施给出了定量化的支撑。提出高速公路网交通诱导分流区域确定与节点优选方法。基于仿真选取以动态用户均衡为路径选择原则的动态交通分配模型,并给出采用优化加权的MSA算法。分析高速公路网交通拥堵影响范围,将其划分为点、线、面三层。以驾驶员对排队时间忍耐程度为前提,以路网车小时变化指数和路网车小时偏差为判别标准提出诱导分流区域初选和优化方法。以节点空间重要度、功能重要度、绕行度和共线度为节点分级判别指标提出分流节点优选分级方法。探讨了诱导信息的发布原则和发布要求,提出群体诱导和个体诱导两种诱导信息发布策略。探讨了高速公路重大节假日货车错峰诱导分流的时间和原则并探讨了相应的实施措施。结合省域调度总中心和高速公路监控分中心两级的高速公路运营管理情况,探讨了高速公路网诱导分流实施策略,为道路管理部门诱导分流方案制定与实施提供有效的技术支撑。基于Aimsun交通仿真模型将诱导分流方法应用于案例。分别对路网常态运营、事故后无处理、对备选分流点不进行分级和进行分级四种情况下的路网交通进行交通仿真,并对仿真结果进行比较分析。仿真结果表明论文所提的诱导分流方法对于缓解拥堵和提高路网运行效率具有明显的效果,对诱导分流措施方案制定和效果评价具有重要的理论和实践意义。