考虑通行能力折减的可变车道优化

为有效缓解因潮汐现象所导致的交通拥堵和道路资源闲置并存的问题,在考虑车道数对路段单向通行能力影响的基础上研究可变车道优化设置方法。该方法在确保可变车道实施过程中轻交通流方向正常通行的前提下,基于非均衡经济学理论的价格-数量调节,以系统总出行时间最小为目标构建可变车道优化的混合整数双层规划模型,并采用粒子群优化算法对模型进行求解,以算例的形式验证模型和算法的有效性。研究结果表明:从系统层面优化可变车道设置能够充分利用轻交通流方向闲置的道路资源来提高重交通流方向路段的容量,从而改变其行程时间函数,进而调节流量在路网上的分布并均衡各路段的饱和度;使道路网络结构更好地匹配出行需求,在道路资源一定的情况下有效地降低系统总出行时间。     

考虑无人驾驶车辆影响的道路网络容量模型

为了研究未来无人驾驶车辆对道路网络容量的影响,将路网上的车辆分为无人驾驶车辆和普通车辆两类,根据两类车辆的不同路径选择行为,构建考虑无人驾驶车辆影响的道路网络容量双层规划模型。上层模型为满足路段容量约束条件下的最大交通需求,其中各OD之间的交通需求采用均一的增长乘子;下层模型为考虑无人驾驶车辆影响的混合路径选择行为模型,其中普通车辆以极小化个体的出行成本为目标,而无人驾驶车辆以系统最优为目标。基于迭代平衡思想设计求解双层规划的启发式算法,并通过算例验证了模型和算法的有效性和可行性。研究结果表明:(1)当无人驾驶车辆的市场渗透率较低时,无人驾驶车辆对普通车辆的路径选择影响不大,道路网络混合均衡流量波动很小,道路网络容量增加不明显;(2)随着市场渗透率的增加,道路网络容量首先呈现缓慢增加的趋势,当无人驾驶车辆占据主导地位后,可利用的路径数量增多,流量在不同路段上分布更加均衡,道路网络容量快速增长,当网络中的车辆都是无人驾驶车辆时,整个系统处于最优运行状态,算例结果表明道路网络容量显著增加;(3)随着道路网络容量的增加,交通网络系统总阻抗也会增加,但每辆车的平均出行成本变化不大。     

基于强化协作博弈方法的双车道混合交通流特性

对元胞自动机引入Gipps跟驰模型,并结合改进的Q强化学习方法分别建立普通车辆及智能网联车的微观行驶策略,提出了一种新型的混合交通流演化仿真方法.然后,利用数值模拟方式对双车道交通环境进行仿真,探索智能网联车对混合交通流的动态影响.结果表明,相比于元胞自动机构建的普通车辆智能体,改进的Q强化学习方法训练的智能网联车智能体具备更强的连续时空环境适应能力,双车道环境下道路通行能力随着智能网联车渗透率的提升而增大,最高可提升45.34%.此外,智能网联车渗透率的提高会降低车群低效的换道行为,拓宽高通行能力水平下的车辆密度范围,有利于改善交通拥堵.     

信号预控下动态公交专用道策略

针对高峰时期公交专用道利用率较低的问题,提出一种基于信号预控的动态公交专用道策略,提升道路资源时空利用。在保证公交优先基础上对交通流构成比例进行影响分析,确定了APL、IBL和DBL三种常用车道控制模式适用范围;以路段人均时耗最小为目标函数,建立动态公交专用道规划模型,确定了各车道模式临界流量值;考虑交叉口信号差异下车道排队消散时长不同,构建基于信号预控下路段清空条件,实现公交专用道提前预控,建立了信号预控下动态公交专用道控制流程。以重庆市某段路为案例,选取全时段普通混合车道(all purpose lane, APL)、间歇式公交专用道(intermittent bus lane, IBL)和完全式公交专用道(dedicated bus lane, DBL)为参照,分别对实验路段和公交专用道进行评价分析。结果表明：本文动态公交专用道策略能够提高公交专用车道资源利用率,有效缓解公交优先和路段整体交通效率之间的矛盾。     

混合网联环境快速路交织区交通流特性分析

在混合人工驾驶车辆(human-driven vehicle, HV)与网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicle, CAV)的交通流环境下，为提升快速路交织区的通行效率与行车安全性，深入分析了混合交通流的基本特性.首先，结合交织区通行能力计算模型，研究交织区域长度、交织交通量比和CAV渗透率等因素对交织区通行能力的影响；其次，推导混合交通流基本图模型，并在不同期望车头时距和CAV渗透率下对混合交通流基本图参数进行分析；最后，通过数值仿真实验，分别探讨在由车辆换道行为所产生的单一扰动和频繁扰动条件下，混合交通流行驶速度与车头间距的时空演化规律及交通流稳定性.结果表明：CAV渗透率的提升可以提高交织区通行能力以及混合交通流交通效率；交织交通量比的减小和交织区域长度的增大可提高交织区通行能力；提升CAV渗透率可以有效提高混合交通流的稳定性，但较小的车头间距也会造成一定的安全隐患.     

混有网联车队的高速公路通行能力分析

智能网联环境下车辆跟车间距减小,连续行驶的网联车辆可以组建为柔性车队,车队内车辆可以保持更小的车头间距行驶,进而有效提高道路通行能力。文中针对高速公路基本路段传统车辆和网联车辆混行交通流,提出了交通流稳态条件下4种可能的车辆跟驰特性及其空间分布概率,进而建立了高速公路基本路段的基本图模型和车辆换算系数(PCE)计算方法,并进行了网联车辆渗透率和车队规模等参数的敏感性分析。研究结果表明,网联车辆渗透率的提高和车队规模的增加有利于提升通行能力和减小车辆换算系数,且网联车辆渗透率越大正面影响愈明显。另外,当车队规模大于4后,车队规模的增加对通行能力的提升和换算系数的降低作用明显减弱。     

一种高速公路隧道交通流元胞自动机模型

针对高速公路隧道交通瓶颈,通过分析高速公路隧道区域通行环境特性,研究车辆行驶在高速公路隧道路段时的换车道、加速、减速等微观交通现象,在双车道元胞自动机模型STCA模型基础上,引入车辆速度控制条件和车道控制条件,提出了一种高速公路隧道交通瓶颈元胞自动机模型,分析了不同长度高速公路隧道对区域路段交通流的影响。研究结果表明：建立的模型能够模拟车辆在高速公路隧道区域的时空变化特征;高速公路隧道瓶颈会对紧邻瓶颈下游的特定长度路段的交通流产生缓冲作用;隧道路段区域的最大流量以及平均车速与无隧道路段区域相比,将会随着隧道长度的增加而逐渐降低。     

混有智能网联车队的交通流基本图模型分析

为了探究高速公路混有智能网联车队交通流特性,构建了混合交通流中不同类型车辆随机分布特性的数学解析表达;考虑期望车头间距随速度动态变化的交通流特性,建立了混合交通流中不同类型车辆的跟驰模型.基于此,推导了混有智能网联车队的交通流基本图模型,并对模型参数渗透率p和最大车队规模的敏感性进行了分析.仿真结果表明,随着p值的增加,道路交通流通行能力随之提升,当p0.3时,渗透率增加对于混合交通流通行能力提升效果并不显著,而当p0.5时,混合交通流通行能力随着渗透率增加提升效果显著;另外,随着智能网联车辆的渗透率p增加,车队规模的限制对交通流通行能力的影响越来越明显,当p0.5时,车队规模宜保持在4～6之间,而p接近1时,车队规模增大对通行能力的提升效果更加显著.     

高速道路入口匝道通行能力研究

高速道路入口匝道的通行能力主要受３个因素的制约;干道最外侧车道上的车流特性;匝道车辆接受空档的特性;匝道车辆连续跟车行驶特性。因此运用平面优先交叉口通行能力的研究成果,根据高速道路匝道与干道结合部的交通流特性以及我国交通的混合交通流特点,建立了高速道路匝道通行能力模型,并对３个影响因素进行了讨论,最后对数值计算的结果进行了比较和分析。     

车道被占用对道路通行能力的影响

通过对占用不同车道的车流量数据进行统计,分析了不同车道的实际通行能力变化过程,建立了交通流-密-速模型.并且通过建立微分方程模型,得到了受交通事故所影响的路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的函数关系.     

自动驾驶汽车连通专用道网络设计问题研究

【目的】现有自动驾驶汽车专用道设计模型不能保证设立的专用道彼此相互连通，将导致自动驾驶汽车频繁驶入驶出专用道。这不仅增加自动驾驶汽车的走行时间，也会增加与有人驾驶车辆的相互干扰，降低整个交通系统的性能。基于此建立了一个自动驾驶汽车连通专用道网络设计模型，用于设计连通的自动驾驶汽车专用道网络，保证无人驾驶汽车只使用专用道即可完成出行。【方法】提出的自动驾驶汽车连通专用道网络设计模型是一个离散双层规划模型，上层问题以系统总出行时间最小为目标，决策在哪些路径上设置自动驾驶汽车专用道；下层问题描述自动驾驶汽车连通专用道条件下有人驾驶汽车与自动驾驶汽车的均衡配流问题。由于所提模型的特点，基于模拟退火算法设计了求解算法，并通过数值试验验证了算法的有效性。【结果】通过数值分析发现即使在自动驾驶汽车的市场占有率较低时，所提连通专用道方案仍然可以有效减少系统总出行时间。【结论】当自动驾驶汽车在市场占有绝对份额后，应设立有人驾驶汽车的连通专用道，允许自动驾驶汽车自由使用剩余车道。这样既能保证有人驾驶汽车的路权，也能充分发挥自动驾驶汽车提高道路通行能力及减少系统总出行时间的潜力。     

策略性等待下Y型瓶颈的单步拥堵收费模型

本文针对包含至少一个上游瓶颈路段和一个共用的下游瓶颈路段的Y型交通路网,研究了策略性等待单步收费条件下早高峰期间通勤者的出行行为和最优道路拥挤收费方案。基于出行者的出发时间选择遵循用户均衡准则的假设,推导出了不同汇合规则下用户均衡的流入率和个人出行成本。依据出行者的出发时间选择规律,进一步推导出了最优的道路拥挤收费时段和费率。研究发现,策略性等待单步收费可以有效降低交通网络的系统总阻抗,但可能会增加出行者的个人出行成本。此外,还发现收费的有效性不但与汇合规则有关,还取决于上下游瓶颈路段通行能力的相对大小。该研究验证了Y型交通路网上存在Braess诡异现象,即扩大上游路段的瓶颈通行能力可能会引起系统总出行成本的增加。     

信息条件下路段出行时间可靠性的计算

出行时间可靠性是微观出行决策的重要考虑因素,结合信息提供来求解出行时间可靠性是当前构建高级出行者信息系统的基础工作.根据出行时间可靠性的定义及其概念模型,研究了模型中路段行驶时间和路段选择概率两个重要的参数.对于前者,利用随机过程的数字特征确定了路段行驶时间的近似迭代公式;对于后者,则以Logit模型为基础,通过考虑出行者对出行路线信息储备的异质性,建立了基于信息的Logit模型,从而得到了出行时间可靠性的完整模型.仿真实例表明了模型的适用性.     

基于非线性互补的电动自行车-机动车用户均衡模型

为了研究出行者关于电动自行车和机动车的出行方式选择行为以及路径选择行为,文章基于非线性互补方法构建了考虑电动自行车与机动车的用户均衡模型。该模型探讨了出行时间与损失成本对出行者出行选择的影响,同时分别构建了机非分隔与机非混合情形下的各方式路段出行时间函数。算例结果表明模型的分配结果满足用户均衡原则,验证了模型的有效性和准确性,同时通过分析得出实行机非分隔可以显著减少系统总旅行时间。     

高速公路爬坡车道设置的有效性

为了科学地分析高速公路爬坡车道设置有效性,为管理者提供建设的决策依据,在传统元胞自动机模型的基础上,通过引入纵坡坡度、车辆运行速度改进了NS跟车规则中的车辆加速与慢化概率规则,在换车道规则中,对相邻车道上后方紧邻车辆的速度采取车辆运行速度与安全换道间距的最小值,构建适用于爬坡路段的交通流元胞自动机模型;分析车道数、坡度、坡长、车速、大车混入率等因素对爬坡路段通行能力的影响,据此仿真了240种方案。研究结果表明:单向双车道增设一条爬坡车道后,其通行能力提高百分比区间为8%~16%,其中在大车混入率为30%时达到最大值;单向三车道增设一条爬坡车道后,其通行能力提高百分比区间为6%~15%,其中在大车混入率为20%时达到最大值。     

降级路网组合出行交通流分配模型与算法

研究降级路网条件下的组合出行交通平衡问题。首先,基于出行者对降级路网的不同风险态度,将出行者分为3类:守时型、冒险型和平均型。其次,考虑小汽车出行和小汽车换乘地铁出行2种出行模式,分析降级路网条件下不同用户类的组合出行行为,建立相应的多用户变分不等式交通分配模型,讨论模型解的性质。最后,设计模型的求解算法,并通过算例说明模型和算法的有效性。结果表明:不同出行时间预算的出行者在降级路网中的路径选择行为存在较大差异,路网降级程度对出行者出行选择行为影响显著;随着道路通行能力的降低,出行者更倾向于选择组合出行模式。     

基于双层规划的城市公交专用道优化设计

为了提高公交车的服务水平,很多城市开辟了公交专用道,由于公交专用道的设置会降低小汽车的路权,必须从系统整体的角度来设置公交专用道以科学权衡小汽车与公交车的路权分配。文章从城市交通网络的整体出发,以出行者总体出行成本最小为目标,充分考虑出行者的出行选择行为,提出了城市公交专用道优化设计的双层规划模型;结合设置公交专用道的路段上公交车与小汽车的流量特性,提出了基于公交专用道网络的道路阻抗函数,构造双模式交通分配模型;分别使用Frank-Wolfe算法和遗传算法进行下层流量分配和双层规划模型的求解,并运用交通网络进行实例分析,验证了所提模型和算法的有效性。     

微观交通仿真研究不同流量条件下的车道利用率

车道利用率反映的是单一方向路段交通量在不同车道上的分布情况，它影响交通流的稳定性，是道路通行能力和交通安全的重要影响因素．针对不同流量条件下车道利用率的不确定性和难以通过实验采获等特点，应用车辆跟驰、车道变换等微观交通流仿真模型在一体化仿真环境下进行模拟研究，得到双车道和三车道路段流量一换道次数以及流量—车道利用率关系的基本规律。     

截断随机出行时间下可靠网络均衡模型

针对现有随机交通网络均衡模型未考虑路径出行时间的有界性和准时到达概率对出行者路径选择行为影响的问题,基于截断随机出行时间,提出了克服其局限性的可靠网络均衡条件,该均衡条件下没有出行者可以通过单方面改变出行路径来提高准时到达概率.构建了该均衡条件的等价变分不等式(VI)模型,并证明了其等价性和解的存在性.设计了基于路径的相继平均(MSA)算法对模型求解.采用Nguyen-Dupuis网络对可靠网络均衡模型和MSA算法的有效性进行了测试.研究结果表明:该算法能够快速收敛到较高精度;与不考虑随机出行时间有界性的模型相比,网络均衡状态下的准时到达概率和流量分布均存在差异,最大路段流量相对变化值达到38.5%;增加出行时间预算和降低出行时间上界均可以有效提高起讫点间的准时到达概率.     

考虑出行全过程的城市群多方式交通流分配模型与算法

为优化城市群旅客运输网络结构,提出了组合出行模式下城市群多方式交通流分配模型,研究网络均衡时城市群多方式旅客运输网络的流量分布状态.基于对城市群出行全过程的充分分析,利用超网络理论构建了城市群多方式交通超网络模型,将超网络的路段划分为上网路段、行驶路段、换乘路段和下网路段等4类,其中行驶路段包括城市交通网络上的行驶路段...