基于安全视角的交通网络设计方法研究

论文总字数：24925字

摘 要

近年我国经济水平和现代化建设高速发展，交通运输业日益繁荣，随之而来道路交通事故发生率和严重程度大幅上升，给社会和谐稳定和经济发展造成极其恶劣的影响。传统的交通事故统计分析主要是基于历史事故数据对已建的道路设施或交通参与者进行分析，通常其受其改造成本巨大等问题影响收效甚微，不能从根本上解决交通事故频发的问题。与被动交通安全相对，本文从主动安全交通规划的概念提出入手，将交通安全理念提前应用于事前，建立了交通网络双层规划模型来描述交通网络设计问题，以网络安全水平最高作为上层政策目标，下层规划以用户均衡作为政策的行为反应。根据上层规划中目标函数的不同，本文从四个角度考虑路网的安全性，建立了四种离散交通网络设计模型。最后在广泛应用的Nguyen-Dupuis网络上进行了测试，测试结果显示了该方法的有效性。该方法为道路网络主动安全规划提供了科学依据，从源头上解决交通安全问题、提升交通安全水平。

关键词：主动安全；交通规划；交通网络设计；双层规划；

Abstract

In recent years, with the rapid development of China's economic level and modernization, the transportation industry has become increasingly prosperous. The traditional statistical analysis of traffic accidents is mainly based on historical accident data to analyze the existing road facilities or traffic participants. Usually, it is affected by problems such as huge transformation costs and has little effect, and it cannot fundamentally solve the problem of frequent traffic accidents. This paper starts with the concept of active safety transportation planning, applies the concept of traffic safety in advance, and establishes a bi-level transportation network planning model to describe transportation network design problems. The highest level of network security is used as the upper policy goal. The lower level plans to use user equilibrium as a behavioral response to the policy. According to the difference of objective function in the upper level planning, this paper considers the safety of road network from four perspectives and establishes four discrete traffic network design models. Finally, it was tested on the widely used Nguyen-Dupuis network. The test results show the effectiveness of the method. This method solves traffic safety problems at the source and enhances the level of traffic safety.

Keywords: proactive safety; transportation planning; Network Design Problem; bi-level planning;

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 国内外研究现况 2

1.4 本章研究思路和方法 2

第二章 基于主动安全的城市离散交通网络设计方法 5

2.1 研究问题 5

2.2 研究方法 5

2.2.1 基于速度协调性的主动安全评价方法 5

2.2.2 城市离散交通网络设计模型 6

2.2.3 迭代优化算法 7

2.3 算例分析 9

2.4 结论 12

第三章 基于设计速度的城市离散交通网络设计方法 13

3.1 研究问题 13

3.2 研究方法 13

3.2.1 城市离散交通网络设计模型 13

3.2.2 迭代优化算法 14

3.3 算例分析 16

3.4 结论 19

第四章 基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法 20

4.1 研究问题 20

4.2 研究方法 20

4.2.1 城市离散交通网络设计模型 20

4.2.2 迭代优化算法 21

4.3 算例分析 23

4.4 结论 26

第五章 基于目标配流的城市离散交通网络设计方法 27

5.1 研究问题 27

5.2 研究方法 27

5.2.1 城市离散交通网络设计模型 27

5.2.2 迭代优化算法 29

5.3 算例分析 30

5.4 结论 33

第六章 研究结论及展望 34

6.1 研究结论 34

6.2 本研究的不足和展望 34

致 谢 36

参考文献 37

1. 绪论
   1. 研究背景

近十年来，中国的经济状况和现代化水平正在迅速发展，汽车在全社会的现代化程度逐年提高，交通运输业也渐兴盛。但同时，道路交通安全问题也日益严重。2004年，全国发生的道路交通事故高达517889起，死亡人数高达107077人，造成的直接经济损失超过23亿元。中国道路交通事故发生率很高，造成的后果也普遍较严重。在这种双高的情况下，专家预测我国道路交通事故死亡人数会持续增长15年，2020年可能会超过23万人^[1]。

我国已经成为世界上道路交通事故最多的国家之一，经济损失更加惊人，道路交通安全形势非常严峻，迫切的需要一些方法来有效地降低道路交通事故发生率，减轻事故发生后果的严重程度。

许多现有的安全工程策略都是被现有交通安全问题刺激的被动响应^[2]。传统的交通安全控制是通过对道路运营过程中发生的大量事故进行统计分析，进而识别危险路段和事故黑点，并提出对应的改进措施。这属于事后补救，这种做法一般归结为“被动交通安全”。通常，由于其改造成本高、收集事故数据困难、数据准确等问题，对道路安全改善的效率和影响不大，而且并不能从根本上解决交通事故频发的问题。因此，被动交通安全存在明显的缺陷和应用局限性，单靠被动安全管理难以有效地改善交通系统的问题，提高安全性。随着对被动交通安全的研究和交通业理论的成长，人们开始意识到，如果在道路的规划和设计阶段提前应用交通安全的概念，会是一种有效的交通安全控制方法，可以作为预防措施。这种做法的作用被称为“主动交通安全”。

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