城市道路交通系统演化下路网容量及其应用研究

作     者：高雅婷 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢毅

授予年度：2019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：自组织理论 城市路网容量 城市道路交通系统 双层规划模型 长沙市 

摘      要：城市中汽车的大量涌现,人口的大量聚集,居民出行总量大幅增长,机动车出行比例迅速上升,使得城市交通问题越来越复杂,矛盾越来越尖锐。城市道路交通与居民出行息息相关,“牵一发而动全身,城市道路交通问题若不加以控制,城市道路交通系统将朝着混乱无序方向发展,最终导致系统走向崩溃瓦解。城市道路网作为城市道路交通系统中的重要组成部分,其规模的合理性是制定科学有效的交通管理政策、充分发挥道路网功能的基础。路网容量是反映其规模合理性的重要指标之一,准确的把握路网容量有利于城市交通的有效管理。复杂性科学在路网结构的研究应用较为广泛,但在路网容量相关方面研究甚少。本文以城市道路网为研究对象,利用自组织理论研究城市道路交通系统演化过程并研究演化过程中的路网容量,从而丰富了复杂性科学在交通领域的应用。具体研究内容如下。首先,从自组织理论出发研究城市道路交通系统演化过程。开放系统、远离平衡态、非线性相互作用和涨落普遍存在等特征是系统演化的必要条件。系统演化机制包括自组织和复合演化机制,由此本文分别建立系统自组织演化模型和供需协同演化模型。对于城市道路交通系统演化模式,先从道路网密度、道路面积率和路网容量三个参数说明供给合理性,再利用多元回归分析法预测系统演化发展未来的交通量。根据城市道路供需匹配指数获得城市道路交通系统演化发展模式:供需追随型——小汽车交通发展模式、供需超前型——公共交通发展模式、供需引导型——混合交通发展模式。然后,本文构建双层规划模型作为路网容量求解模型。考虑了城市道路交通系统内外部影响、交通个体的随机路径选择行为、路段饱和度等影响因素,进而讨论路网容量双层规划的计算模型,同时修正模型并给出求解步骤。最后,本文选取长沙市作为实证对象来构建模型,概述长沙市路网发展状况、总结路网在宏观、中观及微观层面存在的问题。同时,确定长沙市城市道路交通系统的慢弛豫变量有市区人口、机动车保有量、道路长度和道路面积,通过MATLAB软件仿真解释系统在不同他组织力作用下的供需状态以及对应的交通发展模式。从路网密度、道路面积率的统计分析得知长沙市这两个指标未达到合理值,运用多元线性回归模型预测长沙市2018-2022年的交通出行需求。运用Trans CAD软件结合双层规划模型计算长沙市路网容量值,将该值应用到城市道路供需匹配指数计算中,得到长沙市2018-2022年的道路交通系统的发展模式是由混合交通模式向小汽车交通模式发展。对实证研究的系统演化发展和供需合理性结果综合分析,并提出促进长沙市城市道路交通系统有序发展的措施与建议。