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摘 要

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基于用户均衡的道路交通出行预约系统设计模型

21015102 陈英豪

指导教师 刘志远 教授

摘要

道路交通出行预约管理通过对拥堵时段与拥堵路段的交通总量控制、对出行时间与出行路径的提前规划、对出行方式的合理选择，从而对交通流进行有针对性的控制，促进交通供需基本平衡，引导城市交通系统可持续发展。随着城市智能交通系统的建设，预约管理成为未来交通系统发展的一个富有前景的交通管理模式。因此，道路预约管理的系统设计、政策制定、模型分析等理论研究等，对于城市未来交通系统建设与发展具有重要意义。

本文基于用户均衡对城市市区空间道路网的出行预约进行研究，旨在研究该预约系统的可行性、优越性，并借此探求新的研究点及关注点。主要工作包括：

——首先，设计了普适性的城市道路交通出行预约系统，并阐述其核心目标、基本思想、工作框架与流程及各组成部分的功能；

——其次，基于用户均衡状态，利用静态算例分析、动态分析建模与仿真实验三个方式，定性和定量地比较实施预订系统之前后的交通网络运行状态，验证了基于警戒线的城市市区道路出行预约系统的可行性与有效性，并为决策者提供初步建议；

——最后，针对过饱和、非同质交通流提出了基于车道的市区空间道路交通出行预约系统，制定了不连续预约车道的预约政策，建立了离散双层规划模型。利用基于ABC与Frank-Wofle算法的嵌套算法求解模型，模拟Sioux Falls交通网络成功运行算例，该可行解可作为预约车道政策制定的重要理论参考和支撑。

关键词：交通出行预约；用户均衡；系统设计模型；城市市区空间

Design and Model of Optimal Lane Reservation System Based on User Equilibrium

21015102 CHEN ying-hao

Supervised by LIU zhi-yuan

Abstract

The road reservation management keeps the traffic flow in a targeted manner by controlling the total traffic volume of the congestion periods or the congested road sections, the planning of the departure time and the route, and the reasonable traffic mode choice, which can guide the sustainable development of the urban transportation system. With the construction of the intelligent transportation system, reservation system has become a promising traffic management strategy in future. Therefore, the system design, policy formulation, model analysis and other theoretical research of the road reservation system are of great significance to the construction and development of the urban transportation system.

This paper studies the road reservation in urban areas based on user equilibrium, and aims to verify the feasibility and superiority of the reservation system, and to explore new research points and policy concerns. The main work includes:

——Firstly, an universal road reservation system is designed, and its objectives, work framework and process, and functions of the various components are explained;

——Secondly, based on the user equilibrium, the feasibility and effectiveness of the regional road travel reservation system is verified, and preliminary advice to decision makers is provided;

Finally, a lane-based urban road reservation system is proposed for supersaturated and non-homogeneous traffic flow. The reservation policy for discontinuous reservation lanes was formulated and a discrete bilevel model is established. The nested algorithm based on ABC and Frank-Wofle algorithm is used to solve the model based on the Sioux Falls traffic network, whose feasible solution can be used as an important theoretical support for the decision makers.

Key words：Road Reservation; User Equilibrium; System design and; Urban area

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 高速公路出行预约系统研究现状 2

1.2.2 道路交叉口通过预约系统研究现状 3

1.2.3 市区空间出行预约系统研究现状 3

1.2.4 其他研究方法 4

1.2.5 已有研究成果小结 5

1.3 研究内容与技术路线 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 研究技术路线 7

第二章 道路交通出行预约系统设计 9

2.1 道路交通出行预约系统框架设计 9

2.1.1 出行预约系统组成部分 9

2.1.2 系统各部分功能详细设计说明 11

2.2 交通出行预约基本思想 13

2.3 交通出行预约通用流程 14

2.4 本章小结 16

第三章 基于警戒线的市区空间道路交通出行预约系统 17

3.1 预约政策 17

3.2 基于用户均衡的预约系统静态分析 17

3.2.1 模型建立 17

3.2.2 模型求解及结果 19

3.3 基于用户均衡的预约系统动态分析 19

3.3.1 VISSIM仿真 19

3.3.2 分析建模 23

3.4 本章小结 25

第四章 基于车道的市区空间道路交通出行预约系统 27

4.1 基本概述 27

4.2 预约政策 27

4.3 双层规划模型的建立 28

4.3.1 双层规划模型 28

4.3.2 预约系统数学模型 29

4.4 模型求解方法 32

4.4.1 离散双层规划问题的求解方法 32

4.4.2 基于ABC与Frank-Wofle算法的嵌套算法 32

4.5 算例 36

4.5.1 交通网络和数据介绍 36

4.5.2 结果分析与讨论 37

4.5.3 算法收敛性分析 39

4.6 本章小结 39

第五章 总结与展望 41

5.1 总结 41

5.2 展望 41

致 谢 43

参考文献 44

附录 47

附录A：道路预约系统研究摘要（按时间顺序排列） 47

附录B：Sioux Falls交通网络 50

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