非常态事件影响下的交通组织规划及交通流模拟研究

摘要

天有不测风云，人类经常面临着一种极端方式的考验：或者暴雨倾盆，泽国一片；或者地震海啸，房倒屋塌……近年来，大自然的这种非常态现象更是频繁地出现，无论是汶川大地震，还是莫拉克台风，都对人类的生命和财产安全构成了极大的危害；此外，一些人为灾害也使人类猝不及防、深受其害，例如恐怖袭击、核物质泄漏……
　　 面对众多的非常态事件，人类就必须以非常态的手段去应对，建立一套应对灾害的应急机制和理论体系，居安思危、未雨绸缪。交通运输系统是灾害应急框架中的重要组成部分，是救援和疏散的生命线，其表现至关重要。本文研究的就是非常态事件影响下的交通组织与交通流仿真问题，为紧急情况下的快速救援和疏散提供理论支撑，为紧急情况下的路段疏导提供仿真依据。
　　 论文从宏观和微观两个层次对非常态事件影响下的交通系统进行了研究：首先借助动态交通流分配理论，探索非常态事件影响下的交通组织问题；其次对道路上的扰动因子和堵塞传播进行了微观仿真研究。研究工作主要可以归纳为以下几个方面：
　　 (1)首先对“非常态事件”进行了定义。此外，探讨了非常态事件对交通系统的影响，主要体现在对交通需求的影响和对交通网络的影响两个方面。还分析了非常态事件影响下的交通组织规划应满足系统优化原则(Wordrop第二原则)。在研究非常态事件影响下应急预案制定流程的基础上，探讨了交通组织方案的“规划-实施-修订”的互动过程。
　　 (2)设计了非常态事件影响下的交通组织方案生成模型与算法。非常态事件影响下，交通需求具有非常态特征，论文首先对非常态的交通需求进行了分类研究，在此基础之上，设计了交通组织方案的规划流程；根据交通组织方案的规划流程，设计了一系列流程节点所需模型和算法(包括路网能力评估模型和路网调整算法)，为非常态事件影响下的交通组织方案规划提供了理论保障。
　　 (3)基于案例分析的非常态交通组织方案规划。针对非常态事件影响下的交通组织方案生成模型和算法，设计了算例进行验证分析。交通组织方案的规划过程包括了路网和需求的参数化处理、路网能力评估、路网结构调整等多个环节，每个环节均给出了详细演化过程，最后顺利求解得出路网调整方案、救援调度方案和疏散撤离方案，三者集成可获取非常态事件影响下的交通组织方案。
　　 (4)扰动因素影响下的道路系统安全模拟。非常态事件影响下，驾驶者的性格差异表现显著，本论文在对驾驶者进行性格归纳的基础上，建立了基于驾驶者性格差异的元胞自动机(CA)模型，并利用该模型有效地仿真了超速行为对交通流扰动的影响，为交通管理部门的政策制定提供了一定的理论和数据支撑。
　　 (5)意外事件所致堵塞的传播与消散研究。在非常态事件的影响下，路段上极易发生意外事件，意外事件所致堵塞的传播规律对交通组织方案的修订至关重要，论文基于元胞自动机交通流模型，有效模拟了意外事件下的侵犯性驾驶行为，建立了CACF模型，运用CACF模型能够较好地模拟出路段上意外事件所致拥堵在交通流中的传播过程，并定性地研究了常用交通控制手段对交通堵塞的消散效率。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 非常态事件

1.2.1 灾害与突发公共事件

1.2.3 非常态事件定义

1.3 研究综述

1.3.1 道路交通流理论

1.3.2 网络交通流分配

1.3.3 灾害管理

1.3.4 交通运行控制

1.4 研究内容与论文结构

1.4.1 研究内容

1.4.2 论文结构

2 非常态事件影响下的交通系统

2.1 交通系统及其脆弱性

2.1.1 交通系统的脆弱性

2.1.2 交通系统的不确定性

2.2 非常态事件对交通系统的影响

2.2.1 对交通需求的影响

2.2.2 对交通网络的影响

2.3 非常态事件影响下的交通组织需求

2.3.1 交通分配原则

2.3.2 交通管制措施

2.4 非常态事件影响下的交通组织架构

2.4.1 应急预案制定流程

2.4.2 交通组织方案制定与实施

2.5 小结

3 非常态事件影响下的交通组织方案规划研究

3.1 非常态交通组织方案的规划流程

3.2 元胞传输模型(CTM)

3.2.1 CTM模型概述及符号定义

3.2.2 CTM模型节点类型及约束

3.2.3 基于CTM的DTA模型

3.3 非常态事件影响下的路网能力评估模型

3.3.1 单起讫点救援能力评估

3.3.2 多起讫点救援能力评估

3.3.3 多起讫点综合能力评估

3.4 基于需求的路网调整算法研究

3.4.1 基于救援需求的路网调整算法

3.4.2 基于综合需求的路网调整算法

3.5“疏散-救援”时刻表优化模型

3.6 小结

4 基于案例分析的非常态交通组织方案设计

4.1 路网设计及参数化

4.1.1 路网结构及场景设计

4.1.2 路网结构参数化处理

4.2 救援车流加载及路网调整

4.2.1 救援车流加载

4.2.2 路网调整

4.3 综合车流加载及路网调整

4.3.1 疏散车流加载

4.3.2 路网调整

4.4 交通组织方案的生成

4.4.1 路网调整方案

4.4.2 救援调度方案

4.4.3 疏散撤离方案

4.5 小结

5 扰动因素影响下的道路系统安全模拟研究

5.1 传统的车辆换道规则研究

5.1.1184号模型与NS模型

5.1.2 STCA模型与换道规则

5.2 基于性格差异的换道规则

5.2.1 换道规则的改进研究

5.2.2 换道规则的数值模拟

5.3 超速行为分析及模型改进

5.3.1 超速特性分析及规则改进

5.3.2 存在超速干扰的CA模型

5.4 超速干扰下的数值模拟

5.4.1 交通流参数分析

5.4.2 系统安全性分析

5.5 小结

6 路段堵塞的传播与消散的仿真研究

6.1 紊乱车流中的驾驶行为分析

6.1.1 侵犯驾驶行为与交通堵塞

6.1.2 侵犯驾驶行为的微观模拟

6.2 面向堵塞流研究的CA模型

6.2.1 侵犯性驾驶规则研究

6.2.2 堵塞车流CA模型建立

6.3 基于CACF的堵塞流特征分析

6.3.1 时空图分析

6.3.2 车流密度分析

6.3.3 拥堵车流传播分析

6.4 基于CACF的堵塞流消散研究

6.4.1 交通控制措施简介

6.4.2 路段入口限流模拟

6.4.3 路段局部限速模拟

6.5 小结

7 结论

7.1 论文总结

7.2 论文展望

参考文献

作者简历

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