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基于路网结构的交通拥堵传播模型与控制策略研究
| 论文题名： | 基于路网结构的交通拥堵传播模型与控制策略研究 |
| 关键词： | 交通拥堵;复杂网络理论;基本再生数;路网结构 |
| 摘要： | 随着城市化进程的加快，交通拥堵已成为困扰全球许多城市的顽疾，并对城市的居民生活品质和经济增长产生了严重影响。导致交通拥堵的诸多因素包括：道路基础设施不足、机动车辆高度集中、道路施工以及城市规划和管理等。因此，建立合理、有效的城市交通拥堵传播模型来研究拥堵传播和消散规律，对预防和缓解城市交通拥堵具有重要意义。 城市交通系统是一个复杂巨系统，其实际运行受到多种因素共同作用的影响。在以往的研究中，主要依据简化的规则网络，通过运用交通流相关理论对网络内的交通运行进行模拟，然而，此类方法尚未能充分揭示城市交通网络的复杂性。新兴的复杂网络理论重点关注网络结构与动力学行为之间的相互作用关系，为城市交通拥堵研究带来了新视角。因此，本文以复杂网络理论为基础，从路网结构和传播状态两个维度建立了一类异构交通拥堵传播模型，进一步研究交通拥堵传播机理。同时，设计了交通拥堵的确定型和随机型控制策略，本文的具体内容如下： (1)建立了一种异构交通拥堵传播模型。首先，通过获取并解析以广州市部分中心区域为例的真实道路网络数据，将其根据路口(节点)和道路(边)抽象成一个复杂网络。接着，利用Gephi工具对该网络进行统计分析，获得相关数据并计算出相应的结构参数。最后，基于复杂网络理论，对不同拥堵状态的路口进行分类，构建了一种异构交通拥堵传播模型。 (2)交通拥堵传播模型的传播机理分析。首先，对该模型进行全局动力学分析，并基于下一代矩阵法计算出描述交通拥堵传播力大小的阈值(基本再生数)表达式。接着，运用李雅普诺夫方法进一步证实了在阈值R0＞1下拥堵持续传播的全局稳定性以及在阈值R0＜1下拥堵自然消散的全局稳定性。最后，通过数值实验对比了两种情况下的拥堵传播状况，验证了理论分析的准确性。 (3)基于交通拥堵传播机制的控制策略研究。首先，运用PRCC方法对交通拥堵传播阈值进行参数敏感度分析，得到了影响交通拥堵传播的主要参数及其影响程度。针对路网结构，提出了一种确定型交通拥堵控制策略，分析了路网结构的优化对缓解交通拥堵的作用。通过控制不同的拥堵路口初始值，分析了对应交通拥堵传播的变化。基于交通管制等人为干预手段，提出了一种随机交通拥堵控制策略。通过理论及数值实验证明了在满足控制条件时，所提出的随机控制策略能够有效地控制拥堵传播。 |
| 作者： | 杨宇琨 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 钟晓静 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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