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原文传递寒地城市主干路交通拥堵态势判别与疏解对策研究

论文题名：	寒地城市主干路交通拥堵态势判别与疏解对策研究
关键词：	智能交通;势能模型;成因推理;拥堵疏解
摘要：	寒地城市是分布在北半球的一个特殊的城市群体。由于天气条件、季节限制等原因，寒地城市冬季出行条件一般较为恶劣，地铁、轻轨等轨道交通建设缓慢，快速公交等新兴的公共交通方式推广也相对较慢，常规公交往往是寒地城市公共交通出行的主体。因此，地面交通压力较非寒地城市要更大，交通拥堵情况更加严重与复杂。为了有效地解决寒地城市交通拥堵问题，提高寒地城市交通拥堵治理效率，本文以寒地城市主干路为研究对象，围绕主干路的功能特点及拥堵特征，着眼于拥堵判别、成因分析及疏解对策的研究，提出了一套能够诊断寒地城市主干路拥堵“症结”、探究寒地城市主干路拥堵“病理”、分析寒地城市主干路拥堵“病因”的方法，并且制定了能够改善寒地城市主干路拥堵的“药方”，旨在为交通指挥人员、规划管理者、组织决策者“对症下药”提供方法指引与技术支撑。　　分析拥堵状态与拥堵趋势之间的关系，对交通拥堵态势进行了界定，实现了拥堵状态与趋势的协同描述。从寒地城市特殊的天气条件下的交通需求及交通供应两个方面剖析了寒地城市主干路交通拥堵的影响因素，探究了寒地城市主干路交通拥堵态势时空特征。结合密度聚类算法(Density-BasedSpatialClusteringofApplicationswithNoise，DBSCAN)以及拥堵密度分布曲线，提出寒地城市主干路的拥堵状态可划分为畅通、缓行及拥堵3个等级，并通过时空自相关性进行了验证。基于系统聚类方法(HierarchicalClusterMethod,HCM)，将寒地城市主干路的拥堵变化趋势划分为加剧型、改善型及稳定型3种类型。　　提出将寒地城市主干路以一定长度为标准，分方向、分主辅路划分成交通拥堵分析单元。设计了加权平均值滤波、Grubbs算法、近似等分法等车载GPS数据清洗与修正方法。基于ArcGIS及AutoCAD构建了具有几何属性的道路网地图，采用“表格链接”功能，实现了静态数据的加载;采用偏移纠正、缓冲区分析技术及探索性数据分析技术，实现了将车载GPS数据匹配至相应方向及主辅路上。通过统计单元内定位点个数、单元个数及无定位点单元个数确定了分析单元的划分粒度为200m，并利用ArcGIS软件实现了分析单元的分割，建立了寒地城市主干路交通拥堵分析单元库。　　将物理学术语“势能”引入到交通拥堵的问题中，借鉴机器人在人工势场中受吸引力与排斥力作用而运行的原理，将交通拥堵的机理内化为交通出行需求与交通环境对驾驶人心理的驱动与排斥作用。选取10个具有潜在触发交通拥堵能力的交通环境要素，基于势能零点及势能叠加原理，建立了针对寒地城市主干路的交通拥堵势能模型。将环比评分主观赋权法（DecisionAlternativeRatiaEvaluationSystemMethod，DARE）、CRITIC客观赋权法（CriteriaImportanceThoughIntercrieriaCorrelationMethod，CRITIC）及熵权客观赋权法采用乘法合成法进行了组合，确定了模型中各要素的权重值。对出行者在有无冰雪条件下的拥堵势能感知水平进行了调查，探究了交通拥堵势能的改变对出行者心理感受的影响，得到了有无冰雪条件下的拥堵势能感知水平概率函数及分布函数，确定了有无冰雪条件下的拥堵势能级类划分阈值。基于交通拥堵分析单元库及拥堵势能模型进行了实例验证，通过与实际情况进行对比，验证了该方法的可行性与有效性。　　考虑不同原因造成的拥堵在时空外在表现形式上不同，类比“望闻问切”四步诊断手段，建立了以“模式确定、源头追溯、成因推理”三阶段为核心的寒地城市主干路交通拥堵成因识别方法，为合理安排治堵时序、提高治堵效率提供了支持。根据拥堵时空特征将拥堵划分为常发型拥堵及偶发型拥堵两种拥堵模式，提出了采用k均值聚类算法(K-meansClusteringAlgorithm，K-means)求算常发型拥堵频度范围阈值、借助编程语言搜索常发型拥堵单元组的方法。基于对拥堵传播规律的分析，提出了根据拥堵传播时序及拥堵势能大小追溯拥堵源头的判断准则。在此基础上，采用故障树演绎推理方法，基于拥堵成因之间的因果逻辑关系构建了寒地城市主干路常发型及偶发型拥堵故障树，采用专家打分法及云模型确定了各成因的发生概率及其在故障树结构中的重要度，以指导拥堵成因的推理与诊断。　　基于拥堵态势特征分析及拥堵成因分析，分别从引导需求、扩大供给、优化挖潜三个方面提出寒地城市主干路交通拥堵疏解对策。在引导需求方面，提出了注重用地布局规划，制定人性化的机动车限购政策，以及适当恢复货运交通、错峰上下班、居家办公、预约出行等机动车出行量调节对策;在扩大供给方面，提出了远近结合、循序渐进合理利用经济资源，推动轨道交通建设、加强常规公交供暖环境建设，根据季节转换非机动车道空间功能，建设立体道路网络、采用具有防冻功能的路面铺装材料及技术、考虑天气特征优化线形设计等完善道路基础设施建设水平及提高交通管理水平等的对策;在优化挖潜方面，提出了有效利用温度、风、日照等气候因子，将寒地城市的天气条件短板变为潜力板，强化智能交通应用、提升拥堵治理能力，推动以小单元带动整体提升等的对策。
作者：	蔡小溪
专业：	交通运输规划与管理
导师：	裴玉龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2021