交通拥堵模型

交通拥堵模型

从世界范围看，解决以交通拥堵为主的城市交通问题的思路和手段已经发寸转变，发达国家已步入以城市交通管埋为主的阶段(而我国则处于建设与管理并重的阶段。自2000年以来(由国务院批准公安部、建设部共同负责实施的城市交通“畅通工程”在全国600多个城市如火如荼地展开(城市交通管理的重要性已得到社会的普遍认同(我国城市交通建设与管理的利学化水平也得到了明显提高。

尽管如此(身为国家“畅通工程”专家组组长，通过对一些实际问题的观察、思考(我深感我们国家的城市交通管理工作还远未达到可以高忱无忧的地步(如何优化城市交通管理方案仍然是一个实践难题，同时还是一个技术难题。这是因为一个城市的交通管理方案往往由多种管理策略、数百种甚至数千种管理措施组合而成(仟何一个交通管理措施的实施都会引起整个道路网络交通流的重新分部，进而大大增加了基于网络交通流运行质量的交通管理方案实施效果模拟、评价与优化的技术难度。

在上述背景下，旨在为城巾交通管理方案优化提供核心技术的本书选题就具有了重要的理论意义和应用价值。木书在本人指导下任副教授完成的这篇博士学位沦文以国家杰出育年科学基金项目城市交道管理规划理论体系研究)为依托(从理论建模、算法设计和算例分析等层面对交通管理措施下的交通分配问题(即网络交迫流重分布)进行了认真研究，在带转向延误的交通分配模型与算法、对偶最短路径树原理等方面有较大的创新。是国内该领域比较系统完整的研究成果之一。该论文被评为2006年度东南大学优秀博十学位论文(作者以其主体成果为基础申请相近领域的国家自然科学青年基金项目已获批准。

总体看(本书将交通分配与交通管理放在统一的框架内展开论述与研究，这种思想不仅是国内城市交通瞥理实践的应急之需，而且符合当前国际研究的大趋势

(使得关于交通分配理论研究的作用又向实际问题逼进了一步。当然(本书作为一个阶段性的研究成果(还存在一些不足，如全文偏重理论分析、缺乏更多的实例验证，对某些问题浅尝抓止、尚有意犹末尽之感等等，这些都有待读者批评指正(同时也是我们今后努力的方向。最后希望本书的出版能起到抛砖引玉之作用，使得有更多的人投人到该领域的研究与实践中，为实现我国城市交通建设与管理的科学化添砖加瓦。

我国正处于经济社会以及城市化进程高速发展的关键时期*城市规模不断扩大、交通需求迅猛增长、机动化出行趋势日渐突出。在交通需求与交通供给的持续变化和剧烈冲突下，很多大中城市均出现了不同程度的交通拥堵问题。交通拥堵进一步加剧了交通安全形势和城市环境质量的恶化，导致经济、安全和环境等方面的重大损失。因此，城市交通拥堵已经成为制约城市可持续发展的主要瓶颈，是当前迫切需要解决的问题。

城市交通拥堵是城市交通系统内在矛盾的综合反映，它源于交通需求与交通供给之间的整体失衡(即供不应求。就供需矛盾而著，造成供不应求的原因有3个方面:一是供给不足，即交通供给的建设速度跟不上交通需求的增长速度;二是供给低效，即己建成的道路交通设施由于规划、建设或管理不当无法充分发挥其潜能;三是需求不当，即居民出行特征不尽合理，持别是出行方式结构没有得到优化。但是，不同的社会经济发展阶段其矛盾冲突的侧重点有所不同。

现阶段，我国许多城市的道路交通设施应该说并不少建，供给不足的影响已相对减弱;与此相反(供给低效和需求不当已由次要矛盾上升为主要矛盾。另一方面，以往城市交通系统建设“内以交通供给被动适应交通需求，外以牺牲资源环境为代价解决交通问题”的思路己与“以人为本、资源节约、环境友好、和谐发展”的社会新要求不相符合。因此，在适度

建设的基础上，通过加强交通管理、优化管理方案以提高出行需求的合理性和网络供给的有效性是缓减我国城市交通拥堵的根本途径，也是当务之急* 城市交通管理方案优化的核心技术是交通管理措施下的交通分配(即事先模拟交通管理方案实施的事后效果，得到道路交通网络流的各种运行参数，以便在这些参数的基础上根据一定的评价指标体系对这个交通管理方案进行评价，为规划方案的调整、优化以及推荐方案的确定提供依据。

从国内外相关领域的研究现状来看，对于一般意义上的交通分配模型和算法研究得比较成熟，但是对于交通管理措施下的非对称多模式的分配模型和算法研究不足，待别是无法对交叉口转向延误和转向禁止进行精确建模和有效求解，而现有的一些力法存在致命缺陷。同时。交通分配算法的效率有待于进—步提高。与交通分配算法密不可分的最短路径算法在2个方面有待研究;一是适合交通网络(特别是适合交通分配)的算法;二是带转向延误的算法，其理论框架有待进一步完善，已有的解决方案有待系统地分析、比较、选取和改进。值得重视的是，在交通分配算法得到比较完善研究的情况下，算法实现的计算机基础一交通网络的数据模型并没有得到应有的重视。现有对于交通管理措施的优化问题(一般是分不同的措施独立研究的，缺乏统一的理论分析、模型框架以及通用的求解算法。

针对上述不足，本书将重点考察城市道路交道网络中的交通管理措施对交通分配模型和算法、出行路径选择、交通阻抗计算以及交通网络数据模型的影响(在已有比较成熟的静态交通分配模型和算法的基础上、建立适合中园混合交通特点的交通管理下的交通分配模型，并进一步建立交通管理措施的优化模型，设计上述模型的高效率求解算法。

全书包括正文6率和结语。正文内容可划分为4大部分:交通管理措施、交通分配问题、受交通管理措施影响的文通分配问题、由交通分配过程优化的交通管理

措施。其中、前2部分是基础，第二部分是核心，第四部分则是对第三部分的拓展，这4部分构成—个彼此联系、完整统—的研究框架。

第1章讨论了城市交通网络中常见的交通管理措施如何对交通分配产生影响，明确了本书需要重点考察的交通管理措施。

第2章介绍了交通分配与平衡分析的有关概念，系统回顾了用户平衡分配的基本模型与算法及其扩展形式，重点对一般化用户平衡问题和随机用户平衡问题作了讨论。

第3章分别建立了带转向延误非对称多模式的用户平衡模型和随机用户平衡模型，设计了相应的迭代平衡算法以及基于转向的Logit型随机网络加载算法，作为以上2个模型必不可少的组成部分，交通管理下的路段阻抗函数和转向延误函数得到初步研究;同时对交通分配中转向延误的处理方式等若干问题进行深入思考。

第4章回顾了一般最短路径问题以及带转向延误的最短路径问题的相关概念、原理和研

各种带转向延误的最短路径算法的原理、特点和实施细节作了详尽的分析比究进展。重点对

较(首次提出对偶最短路径树概念，并将常用算法统一到此概念的框架内，为该类算法的进—步拓展和应用奠定了理论基础。

第5章提出一个面向城市交通需求预测、基于地理信息系统的交通网络数据模型，对模型的具体内容包括数据库表的结构和网络拓扑结构的表示法等作了深人研究。

第6章建立了基于双层规划的交通管理措施优化的统一化模型框架(提供了解决此类问题的思路，随后将路段和转向禁行、双向车道分布、信号设置和道路收费等措施的具体优化问题纳入该模型柜架，并设汁了遗传算法等3类各具特色的求解算法。