考虑交通日变特征的城市道路施工顺序优化研究

摘要

城市道路施工区的存在通常会造成车道封闭，进而引起道路通行能力下降、交通拥堵加剧、出行成本增加等诸多弊端。当城市道路交通网络上有多个项目需要施工时，不同的施工顺序可能会对整个城市交通网络带来不同程度的不利影响，尽管这种影响无法完全消除，相关决策人员却可以通过选择合适的施工顺序，尽量减少不利影响。近年来，我国各类城市正处于大规模的城市交通基础设施建设阶段，然而由于现阶段城市道路施工的无序性，导致施工期间的交通拥堵日益加剧。因此，为了减少施工期间的交通延误，施工顺序最优化成为了城市道路施工中面临的一个十分重要的问题。 现有的研究主要关注的是短期施工问题，并利用静态交通分配方法来分析施工期间交通流的分布情况，从而通过计算交通延误的大小来决定最优的施工顺序。这对于长期施工而言，在技术和经济性方面都还有一定不足。而关注长期施工顺序优化问题的研究数量较少，技术方法也以 UE 静态交通分配为主，没有考虑道路因施工而引起网络交通流逐日动态变化的特点。虽然存在唯一的研究从日变角度考虑了交通流量分布，但其主要是通过问卷调查获得不同路径之间流量的转移比例，这使该方法在样本容量确定、有代表性地点选择以及网络适用规模上都还有一定的局限性。基于此，为了精确分析交通延误，获得合理的城市道路施工顺序，有必要采用一种新的分析方法来进行研究。 本文首次提出采用日变交通分配的方法对长期施工期间交通流的逐日演化情况进行分析，并建立了相应的城市道路施工顺序优化模型，通过比较不同施工顺序所对应网络总阻抗增加量的大小来确定最优的施工顺序。鉴于出行条件的多样性，首先，在基于完全理性出行者假定的同质交通流条件下，本文利用现有的日变交通分配模型，提出了该情形下的城市道路施工顺序优化模型，并给出了求解算法。然后，在混合理性条件下，通过定义完全理性出行者和有限理性出行者各自的出行规则，本文建立了施工背景下的异质交通流日变交通分配模型，基于该模型，提出了相应的城市道路施工顺序优化模型，并给出了求解算法。最后，在混合理性条件下，本文将出行者的随机性考虑在内，建立了新的日变交通分配模型以及城市道路施工顺序优化模型。 通过对算例进行仿真分析，结果表明：在完全理性出行的同质交通流条件下，施工周期存在一个阈值，一旦超过该阈值，最优施工顺序不再发生改变；当施工周期较长时，其计算结果与 UE 模型差距不大，此时如果继续使用日变交通分配模型可能会增加问题的复杂性；另外，施工队数量及模型参数对最优施工顺序的变化也有明显的影响，实际中要精确计算，综合考虑多种因素来确定施工队的数量以及模型参数取值。在完全理性的出行者和有限理性的出行者共存的混合理性条件下，有限理性出行者的存在会增加日变交通演化过程的波动性，从而改变最优施工顺序；出行者不同程度的有限理性行为也会使最优施工顺序发生变化，从交通阻抗上来看，主观认知偏差系数对交通阻抗的日变波动性影响不大，但随着该参数的增加，网络总阻抗增加量也在逐渐增加，对于路径认知阈值系数，随着该参数的不断增加，交通阻抗的日变波动性逐渐降低。在考虑出行随机性在内的混合理性条件下，出行者的不同随机程度及不同有限理性出行者的比例都会改变最优施工顺序，对于单日交通阻抗而言，出行者路径选择的随机程度越大，日变交通阻抗的波动性越剧烈。

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