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黄海军:道路交通流与网络交通流的研究现状与发展趋势

时间:2011-05-13 15:34:02  来源:  作者:

国内在网络交通流分配方面的研究工作始于1980年代,由于这个领域比道路交通流大许多,涉及的学科知识面比较广(交通行为、微观经济学、图论、最优化等),所以消化吸收国外成果的速度比较慢。静态交通分配模型与算法被王炜等人引入其开发的城市交通规划软件中。黄海军、高自友、张宁、周晶等人在城市交通网络流方面做出一批进入国际行列的成果,1992年以来在著名刊物Transportation Research-Part B上发表了16篇论文,并被大量引用。他们研究的问题包括:多车种交通分布与交通分配的组合模型,动态交通分配模型,瓶颈排队模型,logit随机均衡分配模型,OD阵估计,公交车流分配模型,拥挤交通流收费模型,以及这些模型的求解算法。总的说来,国内的研究工作跟踪多、创新少,要大批量做出国际先进水平的成果,形成有影响的中国团队,还需要加倍努力。

基于网络交通流模型开发的软件主要用于城市交通规划,这方面的成熟商业软件很多,比如,TOPAZ(1970澳大利亚),DORTMUND(1977前西德),CALUTAS(1978日本),AMERSFOOT(1976新西兰),SALOC(1973瑞典),ITLUP(1971美国),LUTO(1986香港),UTPS(1979美国),MicroTRIPS(1985英国),LILT(1983英国),MEPLAN(英国),EMME/2(加拿大,可以处理从200个小区到1600个小区的不同尺寸问题),QVIEW(英国,可以处理6500路段、480个小区、3000个节点的网络),SATURN(英国)。除了UTPS、TRIPS、LILT、MEPLAN、EMME/2、SATURN是面向所有城市外,其它系统是结合某个城市开发的。一个好的交通规划软件应该具备下列功能:网络描述(区划、交叉口表达、路段阻抗函数、图形显示);记录小区的交通产生量与吸收量(分方式、目的、年限);OD矩阵估计;方式选择(即运输结构);运量分配(静态、动态、确定型与随机型);网络设计(找出瓶颈路段、关键交通枢纽、提出含建设序列的发展大纲,进行假想建设项目的后果模拟)。进一步的功能还包括:对当地交通与人口、就业、工商发展的影响进行定量分析;分析某项交通收费政策如何影响流量与流向;分析某项交通管制政策(如:限速、禁转弯、限时区、禁停车、优先公交、错时上下班等)对整个网络的流量、流向的影响;分析居民收入、就业率、消费结构对交通系统的影响等。

三、发展趋势

前面介绍了道路交通流与网络交通流的研究现状,未来的发展方向是两种交通流模型相互靠近、融合,道路交通流模型要进一步放宽假设条件,考虑多车种混合交通流、路面条件和信号控制的影响,网络交通流模型中的路段阻抗函数要朝动态化、考虑密度变化方向发展,在两种模型融为一体以后,要研究有效的求解算法,因而对计算机的内存与计算速度提出了更高的要求。交通流研究必然用到大量的、甚至很复杂的数学模型,希望最大限度地再现从交通需求转变为道路交通流的过程,在此基础上进一步开展交通环境污染研究、交通安全事故研究、智能化交通系统研究。

我们要结合我国城市交通的特点(平面、混合、低速),研究新的道路交通流模型,阐明道路交通拥堵形成的原因和过程,探寻疏解拥堵的措施和办法。通过对实测数据的统计与分析,确定新的道路交通流模型中的各种参数。研究并线和交叉口等场所的交通流,考虑超车因素。要重点研究瓶颈交通流模型,由于在平面交叉路口处,机动车、非机动车、行人之间相互影响明显,扰动频繁、强烈,出行者的心态千差万别,稳定均匀的自由车流到达瓶颈处就常常变得无序混乱,这使得建模工作异常复杂。交通流系统是一个典型的远离平衡态的自驱动多粒子复杂巨系统,其中车流的演化是一个复杂的非线性动力学过程,从稳态流、到亚稳态流、到拥挤流过程中的相变机理还没有完全清楚,目前对许多现象还没有统一的理论解释。

在建立网络交通流模型中,要研究车辆出发时间和路径选择的规律,分析网络结构和信息发布对交通流时空分布的影响。建立不同环境下的新型路段阻抗函数,在网络意义下定量描述拥挤,用数值方法模拟网络交通流的自组织演变和拥挤突现现象。城市交通网络的节点和路段数量成百、上千甚至数万,应充分利用网络结构特点,发展有效的模型求解算法。

研究道路交通流与网络交通流的结合部,提出一体化模型,设计高效的并行算法。

为了改变我国交通流研究的落后局面,必须注意如下事项:(1)加强交通流数据的采集工作,通过互联网建立公开、共享的数据库;(2)加强交通工程、物理、数学、力学、经济学、控制科学、管理科学、计算机科学等领域之间的交流与合作,在一线工作的交通工程师应该多掌握交通流模型和交通行为方面的知识,研究数学物理模型的学者应该多一些实践经验、以便能够正确地选择模型参数,控制专家应该积极地发展可靠的交通参数辨识方法,经济学家应透过现象看本质、回答行为背后的“为什么”,计算机专家则应增强开发符合中国特点、拥有自主知识产权的交通流模拟软件和交通规划软件的信心;(3)加强人才队伍的培养。虽然交通运输工程是一级学科,但下设的4个二级学科却呈不平衡发展态势,道路、桥梁等领域的研究水平已进入国际行列,交通信号控制、交通规划与管理却落后不少。交通流的基础研究在设置有交通工程专业的高校和研究院所里开展得远远不够,目前是物理学家、力学家挑起了重担。(4)增加科研经费投入。我国每年修建公路的总投资多达几百亿元、甚至遇千亿元,每年因交通拥挤和交通事故造成的损失也是一个天文数字,但与之直接相关的交通流研究却没有稳定的经费投入。

总之,交通流的基础理论研究非常重要,不可或缺,在大力发展智能交通运输系统的过程中尤其如此。我国交通事业的实践步伐走在理论研究的前面,因此,如何急起直追、建立符合国情的交通流模型体系是一项艰巨而光荣的任务。

 

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