說明分析教案12011aa

1、填寫說明一、內(nèi)容說明課題驗收報告分為“課題技術(shù)總結(jié)”、“課題任務(wù)完成情況”、“課題經(jīng)費使用情況”三個部分。其中“課題技術(shù)總結(jié)”部分屬于科技報告，著重從研究對象角度，論述各項研究任務(wù)的研究方法、過程和結(jié)果等詳細技術(shù)信息；“課題任務(wù)完成情況”和“課題經(jīng)費使用情況”部分屬于工作報告，著重從組織實施角度，論述課題任務(wù)完成情況、知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)出、實施效果、組織管理情況等。課題驗收后，“課題技術(shù)總結(jié)”部分將于課題驗收報告作為科技報告，面向科研提供共享交流服務(wù)，內(nèi)容要求客觀真實、準確完整、層次清晰，本領(lǐng)域的專業(yè)讀者依據(jù)這些描述能重復(fù)研究過程、評議研究結(jié)果。二、格式要求文字簡練；報告的密級與課題規(guī)定的密級相同；報

2、告文本第一次出現(xiàn)外文名稱時要寫清全稱和縮寫，再出現(xiàn)時可以使用縮寫。三、編制程序及時間要求課題完成后一內(nèi)，由課題組根據(jù)課題的完成情況編制，按照填報課題任務(wù)書時的用戶名和 ，登陸 科技計劃項目申報中心 （）填寫課題驗收報告及課題驗收申請表，經(jīng)管理員審核并提交科技部審核確認后，進行打印，用 A4 幅面紙打印和復(fù)印，用普通訂書針裝訂，勿用其他裝訂材料。涉密課題自驗收報告請在科技計劃項目申報中心word 模板進行填寫和打印，不得填寫。打印后由課題簽字、財務(wù)部門簽章、課題承擔(dān)蓋章后作為正式驗收材料。專項經(jīng)費 1000 萬元及以下的課題，應(yīng)在科技部認定的會計師事務(wù)所范圍內(nèi)自行選擇一家會計師事務(wù)所對課題經(jīng)費的

3、使用情況進行審計，并將審計報告與自驗收報告（一式二份）一并報至課題任務(wù)書中注明的甲方地址。1第一部分：課題技術(shù)總結(jié)（科技報告）2科技報告基本信息表31.報告名稱中文：特殊需求下區(qū)域交通協(xié)同管控技術(shù)英文：Traffic Management and control Technology for Network under unconventional situations2.報告作者及中文：吳兵 同濟大學(xué);胡建軍 北京通達交安科技發(fā)展中心 ;葉朝輝;李軍 中山大學(xué);劉劍鋒 北京交通發(fā)展研究中心 ;英文： Wu Bing Tongji University;Hu JianjunTongda Jia

4、oan Technology Development Center;Ye Zhaohui Tsinghua University;Li Jun Sun Yat-sen University;Liu JianfengTranportation Research Center ;3.公開范圍公開4.編制時間2013-12-305.報告編號425006125-2011AA110305/016 備注7. 摘要中文：本課題面向交通需求處于特殊狀態(tài)、交通供給處于特殊狀態(tài)和運行環(huán)境處于特殊狀態(tài)三種情形，研究城市道路網(wǎng)絡(luò)交通管控技術(shù)。特殊交通需求作用下的交通流特征提取與狀態(tài)辨識問題，研究了不可預(yù)知特殊需求（交

5、通事故）的自動檢測方法。從交通需求特征、交通供給特征和交通運行特征三個方面，給出了交通流特征參數(shù)提取的方法；提出了基于宏觀基本圖（MFD）的交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分區(qū)方法；研究了基于極大熵模型的小區(qū)動態(tài)OD 反推方法；采用宏觀和微觀分析相結(jié)合的方法，分析特殊需求的影響范圍和影響持續(xù)時間。以網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵路徑識別為基礎(chǔ)，研究了全局性擁堵的判別方法及擁堵閾值。交通需求的激增或者設(shè)施通行能力的大幅衰減，顯著地改變了相關(guān)區(qū)域的交通供需對比關(guān)系，這種交通供需的結(jié)構(gòu)性不匹配僅僅通過信號 等常規(guī)時間優(yōu)化措施常難奏效?；跁r空協(xié)同優(yōu)化的思想，從節(jié)點、連線、通道和網(wǎng)絡(luò)等不同層面，對網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)協(xié)同 技術(shù)進行了探討，建立了一系

6、列應(yīng)對特殊需求的方法；面向交通擁擠及其形成和演變過程；研究并提出了一套較為完整的特殊需求下交通擁擠預(yù)防與疏解技術(shù)體系和可行的交通信號 方法特殊交通流優(yōu)先通行需求，在充分考慮降低特殊交通流對背景交通影響基礎(chǔ)上，研究了特殊交通流分級優(yōu)先通道協(xié)同 技術(shù)，建立了一系列應(yīng)對特殊需求的方法。在前述交通狀態(tài)辨識和特殊需求下交通 模型與 研究理論成果的基礎(chǔ)上，進行了系統(tǒng)設(shè)計和研發(fā)，包括 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)功能設(shè)計， 方案各個模塊的數(shù)據(jù)流圖設(shè)計 策略優(yōu)化軟件的整體架構(gòu)和完整的邏輯流程設(shè)計以及軟件開發(fā)和集成。面向特殊需求下策略及系統(tǒng)的評價，建立了特殊需求建模流程與方法，分析了五類特殊需求對道路條件、交通管理與、車輛性

7、能、交通需求、4駕駛?cè)诵袨榈葏?shù)的影響，研究了相關(guān)參數(shù)在中的實現(xiàn)方法，建立了北京地區(qū)的標準測試路網(wǎng)模型，構(gòu)建了交通硬件在環(huán)平臺。分別五類特殊需求建立了小區(qū)域的案例。運用所開發(fā)的系統(tǒng)，對特殊需求條件下的路網(wǎng)運行特征和策略運行效果進行了測試和評價。英文：This project focuses on study of traffic management and control technology for network at unconventional situations, such as high traffic situation, significant drop of road c

8、apacity, and dramatically changes of driving environment.Unconventional traffic situations are divided into 2 types: predictable demand and unpredictable demand, then automatic incident detection (AID) methods for the unpredictable demand (traffic accident) have been studied. According to the existi

9、ng conditions of traffic data collection systems, parameter extraction method of traffic flow characteristic is proposed in 3 aspects: traffic demand, traffic supply and traffic operation. A zone division method for traffic state analysis is proposed based on micro fundamental diagram (MFD). A dynam

10、ic OD estimation method based onum entropy m has been studied for traffic state analysis. Macro traffic mhas been applied toanalyze the influence area and duration of special traffic demands. Overall congestion of urban road network and the threshold of overall congestion have been studied based on

11、the method of critical path identification.For the congestion problem caused by significant unbalance of supply and demand, it is hard to be handled by signal timings optimization alone. Based on the coordination optimization of lane reorganization and traffic control concept, a series of variable s

12、tructure control for network traffic have been proposed. They are discussed in three different levels, including node, arterial, and network. A complete traffic signal control method and a feasible implementation overall framework were proposed to prevent or mitigate urban road traffic congestion un

13、der special events. A degree-of-priority based preemption control strategy for emergency vehicles operation is proposed to decrease the impacts of emergency vehicles on normal traffic.A software package for network traffic management under unconventional situations is developed including: overall sy

14、stem architecture, data flow design, overall software architecture, operation logic design, software development and system integration. A standard simulation test network has been developed. The efficiency of the proposed traffic control method and the corresponding system have been validated by ca

15、se studies.8.中文：交通；特殊需求；交通網(wǎng)絡(luò)英文：Traffic control; Unconventional situation; Traffic network9.支持渠課題名稱特殊需求下區(qū)域交通協(xié)同管控技術(shù)主管部門科學(xué)技術(shù)部計劃名稱863 計劃課題編號2011AA110305技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域5道承擔(dān)同濟大學(xué)合作;中山大學(xué);北京市通達交通設(shè)施安裝服務(wù)中心;北京交通發(fā)展研究中心;總經(jīng)費711.00國撥經(jīng)費711.00課題吳兵起始日期2011-09-08 00:00:00.0截止日期2013-12-3000:00:00.010.人吳兵wubing#ed 同濟大

16、學(xué)目錄目 錄I插圖 VI附表 VII第 1 章 引 言11.1 背景與意義11.2 研究基礎(chǔ)11.3 研究范圍與目標21.4 研究思路與方案3第 2 章 特殊需求特征提取與狀態(tài)辨識62.1 概述62.2 特殊需求的交通流參數(shù)特征提取與判別技術(shù)研究62.2.1 交通供給特征參數(shù)提取62.2.2 交通需求特征參數(shù)提取82.2.3 異常交通判別技術(shù)92.3 網(wǎng)絡(luò)交通流狀態(tài)分區(qū)和全局性擁堵判別技術(shù)研究302.3.1 基于 MFD 的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)302.3.2 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵路徑識別332.3.3 全局性擁堵閾值342.3.4 全局性擁堵判別方法342.4 特殊需求作用下的網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)分析技術(shù)研究352.4.

17、1 局部異常作用下的網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)分析方法352.4.2 緊急交通條件下的網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)分析方法392.4.3 惡劣天氣條件下的網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)分析方法412.4.4 大型活動作用下的網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)分析方法43第 3 章 特殊需求下的網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)協(xié)同 463.1 概述4663.1.1 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)管控的基本內(nèi)容463.1.2 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)管控方法463.1.3 特殊需求與方法對應(yīng)關(guān)系473.2 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)需求判別與啟動閾值483.2.1 基本概念及需求分析483.2.2 啟動閾值543.3 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法573.3.1 節(jié)點變結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法573.3.2 連線及通道變結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法693.

18、3.3 網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法773.4 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)駕車人適應(yīng)性分析803.4.1 適應(yīng)性分析的必要性803.4.2 研究內(nèi)容813.4.3 實驗設(shè)備813.4.4 場景設(shè)計823.4.5 實驗結(jié)果823.5 網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)恢復(fù)技術(shù)83第 4 章 特殊需求下交通擁擠疏解預(yù)防與疏解 854.1 概述854.2 交通擁擠預(yù)防與疏解技術(shù)啟動及策略需求分析864.2.1 擁擠預(yù)防與疏解技術(shù)啟動要素864.2.2 擁擠預(yù)防與疏解技術(shù)啟動閾值874.2.3 擁擠策略與交通擁擠的匹配關(guān)系884.3 基于交通小區(qū)動態(tài)劃分的區(qū)域管控策略894.3.1 區(qū)域管控的目標及總體思路894.3.2 交通小區(qū)動態(tài)劃分的調(diào)

19、整方法904.3.3 區(qū)域策略的啟動904.3.4 小區(qū)邊界交叉口策略904.3.5 非小區(qū)邊界交叉口策略9474.3.6 區(qū)域策略的終止944.3.7 案例分析954.4 關(guān)鍵路徑動態(tài)優(yōu)化策略964.4.1 關(guān)鍵路徑的擁擠類型判別964.4.2 關(guān)鍵路徑局部擁擠下的交通信號策略974.4.3 關(guān)鍵路徑全線擁擠下的交通分流與信號組合策略994.4.4 案例分析1004.5 單交叉通擁擠策略1054.5.1 排隊檢測器布設(shè)及單個交叉通擁擠狀態(tài) 1054.5.2 基于改進的等排隊強度的半擁擠交叉口信號 1094.5.3 基于多目標優(yōu)化的全擁擠不溢出交叉口信號 1114.5.4 基于需求的全擁擠有溢

20、出交叉口信號 113第 5 章 特殊交通流分級優(yōu)先協(xié)同 1165.1 概述1165.1.1 特殊交通流分級優(yōu)先 1165.1.2 研究目的和意義1165.1.3 在整體技術(shù)中的 1185.2 特殊交通流特征與需求分析1195.2.1 安全需求1205.2.2 效率需求1205.3 特殊交通流分類及屬性1205.4 特殊交通流優(yōu)先級劃分與動態(tài)更新1225.4.1 信號優(yōu)先級別劃分模型1225.4.2 優(yōu)先級別劃分模型驗證1265.4.3 關(guān)鍵通道動態(tài)組合與最優(yōu)路徑選擇1295.5 特殊交通流通道優(yōu)先方法1355.5.1 信號優(yōu)先 1355.5.2 單向協(xié)調(diào)方案設(shè)計1355.6 特殊交通流優(yōu)先恢復(fù)

21、方法1438第 6 章 特殊需求下策略建模1446.1 概述1446.1.1 分析的背景和意義1446.1.2 分析的主要內(nèi)容1446.2 特殊需求建模1456.2.1 特殊需求對交通運行參數(shù)的影響1456.2.2 特殊需求建模流程1456.2.3 五類特殊需求建模方法1486.3 硬件在環(huán)分析系統(tǒng)1516.3.1 交通的硬件在環(huán)系統(tǒng)1516.3.2 硬件在環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計1526.3.3 基于硬件在環(huán)系統(tǒng)的實驗158第 7 章 面向特殊需求的網(wǎng)絡(luò)管控優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)1607.1 概述1607.1.1 系統(tǒng)總體目標1607.1.2 數(shù)據(jù)條件1607.1.3 業(yè)務(wù)功能需求1617.2 系統(tǒng)詳細設(shè)計

22、1627.2.1 特殊交通管控向?qū)Я鞒?627.2.2 并發(fā)處理邏輯164第 8 章 案例分析1688.1 大型活動交通管控案例分析1688.1.1 案例背景1688.1.2說明1688.1.3 影響范圍1688.1.4 優(yōu)化策略1698.1.5 優(yōu)化方案實施效果1698.2 占路施工條件下交通管控案例分析17198.2.1 案例背景1718.2.2 案例地點1728.2.3說明1728.2.4 影響范圍1728.2.5 優(yōu)化策略1728.2.6 優(yōu)化方案實施效果1728.3 惡劣天氣下交通管控案例分析1808.3.1 案例背景1808.3.2 案例地點1808.3.3說明1808.3.4 優(yōu)

23、化策略1818.3.5 優(yōu)化方案實施效果1818.4 交通事故下單點交通信號案例分析1838.4.1 案例背景1838.4.2 案例地點1838.4.3 現(xiàn)狀方案1838.4.4 優(yōu)化策略1838.4.5 優(yōu)化方案實施效果1848.5 緊急交通流優(yōu)先案例分析1848.5.1 案例背景1848.5.2說明1858.5.3 影響范圍1868.5.4 現(xiàn)狀方案1868.5.5 優(yōu)化方案實施效果1878.6 特勤交通分級優(yōu)先案例分析1898.6.1 案例背景1898.6.2說明1898.6.3 影響范圍1898.6.4 現(xiàn)狀方案190108.6.5 優(yōu)化方案實施效果190第 9 章 總 結(jié)1929.1

24、 課題研究成果1929.2 應(yīng)用前景分析1949.3 后續(xù)研究展望194參 考 文 獻195插圖圖 1-1 研究范圍界定3圖 1-2 課題總體研究思路5圖 2-1 快速路異常檢測算法流程12圖 2-2 影響范圍分析方法流程15圖 2-3 貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)16圖 2-4模型流程示意圖18圖 2-5 不同 K 近鄰值與誤差關(guān)系曲線19圖 2-6模型檢驗結(jié)果19圖 2-7 影響范圍分析方法流程36圖 3-1 動態(tài)車道功能優(yōu)化流程48圖 3-2 雙停車線交叉口運行過程示意圖50圖 3-3 EFL 交叉口布局示意圖51圖 3-4 菱形立交動態(tài)可逆車道示意圖52圖 3-5 可逆車道干道交通優(yōu)化示意圖53圖 3

25、-6 含有不同變結(jié)構(gòu)策略的道路網(wǎng)絡(luò)示意圖54圖 4-1 面向交通擁擠預(yù)防與疏解的動態(tài)交通信號總體框架86圖 4-2 調(diào)用截流、卸載策略示意圖91圖 4-3 上游區(qū)域邊界交叉口截流圖 4-4 區(qū)域下游邊界交叉口卸載示意圖92示意圖93方案95圖 4-5 北京公園路網(wǎng)圖 4-6 關(guān)鍵路徑上信控交叉口名稱和間距10111圖 4-7 各交叉口通行能力平均提高 15%102圖 4-8 各交叉口西進口道直行車道平均排隊長度變化103圖 4-9 交通分流與交通信號組合策略測試路網(wǎng)103圖 4-10 驗證路網(wǎng)簡圖105圖 4-11 半擁擠信號叉口每周期排隊長度減少總量. 104叉口排隊方差對比112策略實施后

26、展南圖 4-12 全擁擠不溢出策略使用前后展南圖 4-13 全擁擠有溢出策略實施后展南口各方向排隊長度變化情況114圖 5-1 特殊交通流優(yōu)先. 119的圖 5-2 急救車反應(yīng)時間分布圖120圖 5-3 特殊交通流優(yōu)先級多層模糊劃分流程123圖 5-4 急迫度隸屬度函數(shù)125圖 5-5 城市道路等級vdj 和飽和度 xj 的隸屬度函數(shù)125圖 5-6 數(shù)學(xué)模型計算曲面圖133圖 5-7數(shù)據(jù)曲面圖133圖 6-1 建模流程146圖 6-2 動態(tài)交通分配原理148圖 6-3 交通硬件在環(huán)系統(tǒng)的組成示意圖153圖 6-4 基于板卡的硬件在環(huán)系統(tǒng)實物連接示意圖153圖 6-5 單片機 CID 硬件在環(huán)

27、系統(tǒng)的連接示意圖156圖 6-6 工控機 CID 硬件在環(huán)系統(tǒng)的連接示意圖158圖 6-7 硬件在環(huán)實驗159圖 7-1 系統(tǒng)主界面160圖 7-2 特殊交通系統(tǒng)運行流程164圖 7-3 多隊列邏輯167附表表 2-1 各類型路段對應(yīng)的檢測率和平均檢測時間13表 2-2 交通持續(xù)時間樣本總體描述14表 2-3 節(jié)點描述與值域15表 2-4持續(xù)時間的參數(shù)學(xué)習(xí)結(jié)果誤差分析（部分）1712表 2-5 第 6 區(qū)間非參數(shù)回歸變量權(quán)重系數(shù)表18表 2-6 模型的結(jié)果24表 2-7 ACTRA 系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)變量及變量域25表 2-8 ACTRA 系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)變量取值表25表 2-9 SCOOT 系統(tǒng)貝

28、葉斯網(wǎng)絡(luò)變量及變量域27表 2-10 SCOOT 系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)變量取值表27表 2-11 模型的結(jié)果30表 2-12 各個數(shù)量小區(qū)的NS 值32表 2-13 影響區(qū)域判別標準37表 2-14 路段服務(wù)水平評價標準41表 2-15 不同天氣條件下路段通行能力改變情況42表 3-1 特殊需求與方法對應(yīng)關(guān)系47表 3-2 MUTI 交叉口分析類型51表 3-3 交叉口車道功能優(yōu)化啟動閾值55表 3-4 通行能力提升 10%時的左轉(zhuǎn)交通比例閾值55表 3-5 交通需求輸入59表 3-6 服務(wù)水平評價60表 3-7 常規(guī)信號停車線方法的配時優(yōu)化結(jié)果62方法和采表 3-8 交通需求64表 3-9 交叉口

29、信號配時優(yōu)化結(jié)果64表 3-10 交通需求68表 3-11 信號配時優(yōu)化結(jié)果68表 3-12 不同類型交叉口流量系數(shù)對比68表 3-13 運行效益分析的交通需求70表 3-14 交叉口信號配時優(yōu)化結(jié)果71表 3-15 各階段交通需求73表 3-16 干道流量系數(shù)優(yōu)化結(jié)果76表 3-17 不同方案對比77表 3-18 不同策略交通運行效益對比8013表 4-1 特殊需求對應(yīng)的作用對象和影響結(jié)果86表 4-2 擁擠影響范圍等級劃分86表 4-3 擁擠等級判定表87表 4-4 擁擠等級描述及分布形式88表 4-5 特殊需求對應(yīng)的擁擠等級啟動閾值88表 4-6 擁擠時期、目的與策略的對應(yīng)關(guān)系88表 4

30、-7 目標小區(qū)測試路段不同策略實施前后效果對比94表 4-8 本方法給出的各交叉口相位的有效綠燈時間100表 4-9 M2 模型優(yōu)化結(jié)果103表 4-10 展南表 4-11 展南叉口半擁擠時各方向的流量設(shè)定值（pcu/h）109叉口全擁擠不溢出各方向的流量設(shè)定值（pcu/h）111表 4-12 全擁擠不溢出策略使用后展南叉口排隊長度變化量（m）111表 4-13 展南叉口全擁擠有溢出時各方向的流量設(shè)定值113表 5-1 急救車出行時間分布表121表 5-2 上海市火災(zāi)救援統(tǒng)計數(shù)據(jù)121表 5-3 消防車輛在道路上的行駛速率表121表 5-4 優(yōu)先需求強度判別的模糊規(guī)則123表 5-5 優(yōu)先影響

31、強度判別的模糊規(guī)則124表 5-6 特殊交通流優(yōu)先級別劃分模糊規(guī)則125表 5-7環(huán)境下特殊交通流優(yōu)先策略選擇127表 5-8 采用特殊交通流優(yōu)先級劃分方法的優(yōu)先結(jié)果對比128表 5-9 特殊交通流策略選擇135表 6-1 占路施工在 VISSIM 中的實現(xiàn)方法149表 6-2 緊急交通在 VISSIM 中的實現(xiàn)方法149表 6-3 惡劣天氣的影響及其在VISSIM 中的實現(xiàn)方法150表 6-4 晴天和雨天模型駕車人行為參數(shù)表150表 6-5 交通事故在 VISSIM建模中的實現(xiàn)151表 7-1 數(shù)據(jù)來源及內(nèi)容161表 7-2 兩個并發(fā)處理邏輯(優(yōu)先級劃分為高/低)16514表 8-1 各方案

32、延誤對比表169表 8-2 優(yōu)化方案評價結(jié)果169表 8-3 各方案延誤對比表173表 8-4 優(yōu)化方案一評價結(jié)果173表 8-5 優(yōu)化方案二評價結(jié)果178表 8-6 惡劣天氣通行能力折減系數(shù)181表 8-7 交叉口流量輸入182表 8-8 對比方案（現(xiàn)狀配時方案）182表 8-9 管控方案182表 8-10 交叉口流量輸入184表 8-11 對比方案（現(xiàn)狀配時方案）184表 8-12 新方案185表 8-13 展南口在新舊策略下交通評價指標變化185表 8-14 現(xiàn)狀方案評價結(jié)果186表 8-15 關(guān)鍵交叉口各方案排隊長度（表 8-16 各個交叉口各總平均延誤（：輛）187：s）188表 8

33、-17 各主要交叉口延誤（：s）19015第 1 章 引 言1.1 背景與意義城市道路網(wǎng)絡(luò)的特殊需求，如異常、大型活動、緊急救援、道路養(yǎng)護維修以及惡劣天氣等已經(jīng)成為造成交通供需結(jié)構(gòu)性不匹配，導(dǎo)致短時突發(fā)交通擁擠的主要成因，有效應(yīng)對特殊需求是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題。以往特殊需求的交通策略，大多基于有限區(qū)域（特殊需求直接影響區(qū)域）和有限信息（直接影響區(qū)域交叉口的檢測信息等），進行局部信號方案的優(yōu)化。交通網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢等宏觀信息的獲取，交通關(guān)聯(lián)技術(shù)的進步等為應(yīng)對特殊需求提供了更完備的信息和基礎(chǔ)條件。面向特殊需求的特征和要求，基于完備或準完備信息，充分利用網(wǎng)絡(luò)時空，進行特殊需求下區(qū)域交通管控策略的協(xié)同優(yōu)化，

34、實現(xiàn)對特殊需求主動而快速的響應(yīng)，是網(wǎng)絡(luò)交通優(yōu)化技術(shù)的重要研究內(nèi)容和方向。課題研究對于動態(tài)協(xié)調(diào)交通供需關(guān)系，實現(xiàn)面向特殊需求的主動與管理，交通系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力具有重要的意義；對于開發(fā)面向交通信息化、智能化的新一代大區(qū)域、多功能的城市道路交通管控系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價值。1.2 研究基礎(chǔ)特殊需求下區(qū)域交通協(xié)同管控技術(shù)涉及特殊需求刻畫與界定、交通網(wǎng)絡(luò)分析、協(xié)同管控策略及其評價分析等多方面內(nèi)容。文獻綜述表明：（1）國內(nèi)外對于特殊需求下交通管控策略的研究大多關(guān)鍵節(jié)點或局部區(qū)域進行分析，且多從宏觀交通管理或微觀交通參數(shù)變化的角度展開，缺乏對網(wǎng)絡(luò)交通流綜合調(diào)控策略的研究；（2）缺乏對城市道路網(wǎng)絡(luò)背景交通

35、流和特殊交通相互作用的深入分析；進行特殊交通流時，對背景交通流的考慮不足。因而在實際中，特殊交通流的運行常造成背景交通流的擁擠；（3）以往相關(guān)研究，大多集中于某一管控策略的優(yōu)化，缺乏綜合利用網(wǎng)絡(luò)時空特殊需求進行快速響應(yīng)的研究；對（4）協(xié)同優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)時空，采取動靜態(tài)結(jié)合管控策略，應(yīng)對特殊需求帶來的網(wǎng)絡(luò)供需結(jié)構(gòu)性不匹配或短時突發(fā)擁擠，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交通流運行狀態(tài)的最優(yōu)化，已是本領(lǐng)域的發(fā)展趨勢?；陂L期以來對這一問題的探索和分析，在如下方面形成了相關(guān)的研究基礎(chǔ)，這項目的展開創(chuàng)造了條件：（1）需求方面：特殊需求下交通問題的提出源于城市交通研究與實踐中的總結(jié)和提煉，大型活動、交通、緊急救援、施工作業(yè)、不良天氣等

36、典型特殊需求已經(jīng)對交通運行產(chǎn)生了深刻的影響，所出來的問題和交通調(diào)控的需求已經(jīng)明確。這使得本研究具有很強的性，和系統(tǒng)的研究具有明確的實踐背景與應(yīng)用前景。（2）研究環(huán)境方面：北京等大城市已有長期、豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，并已經(jīng)建立相關(guān)的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)，已建成并正在運行包括 SCOOT 等多個信號系統(tǒng)，能夠研究提供相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運行環(huán)境。此外，同濟大學(xué)道路與交通工程教育部已經(jīng)建設(shè)了交通，交通，并已經(jīng)積累了多個城市大型活動（如世博會）、交通、緊急救援、VIP 通道等多個特殊需求場景的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這課題研究提供了堅實而充分的支撐。16（3）理論研究基礎(chǔ)方面：課題承擔(dān)由長期在交通及其關(guān)聯(lián)領(lǐng)域進行研究的大學(xué)和科研

37、、企業(yè)組成，各自在理論研究和交通實踐中有豐富的積累，參與完成的成果有：“七五”科技攻關(guān)重點項目“城市交通實時自適應(yīng)系統(tǒng)及實驗工程”；重點基礎(chǔ)研究（973）項目子項“城市交通與管理系統(tǒng)”、“十五”科技攻關(guān)重點項目子項“具有我國知識產(chǎn)權(quán)的城市交通系統(tǒng)優(yōu)化軟件研究”，“城市道路網(wǎng)絡(luò)交通小區(qū)動態(tài)智能劃分技術(shù)”等。（4）研究隊伍方面：根據(jù)課題研究內(nèi)容，組織了涵蓋技術(shù)研發(fā)（同濟大學(xué)、中山大學(xué)）和應(yīng)用兩方面（北京交通發(fā)展研究中心、北京市通達交通設(shè)施安裝服務(wù)中心）單位研究團隊，研究覆蓋交通工程、工程、自動化、信息工程等多專業(yè)，且研究長期從事本領(lǐng)域技術(shù)研究、系統(tǒng)開發(fā)等工作，知識結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)應(yīng)用能力強。特別是對

38、團隊主要成員均長期從事交通經(jīng)驗和技術(shù)儲備。與管理領(lǐng)域研究工作項目研究積累了相當(dāng)?shù)难邪l(fā)1.3 研究范圍與目標課題以我國城市特別是大城市的一類典型且影響嚴重的“特殊需求”交通問題為展開研究。特殊需求下交通管控的問題，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述，確立研究目標和內(nèi)容。課題面向交通需求特殊狀態(tài)、交通供給特殊狀態(tài)和交通運行環(huán)境特殊狀態(tài)三種情形，首先進行特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通流特征提取與狀態(tài)辨識研究，隨后展開特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)協(xié)同，特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通擁擠預(yù)防與疏解以及特殊交通流分級優(yōu)先協(xié)同三個研究。在此基礎(chǔ)上進行特殊需求下交通管控策略優(yōu)化系統(tǒng)的實現(xiàn)，如圖 1-1 所示。圖 1-1 研究范圍界定研究目標如下：1

39、7(1)面向我國大城市道路網(wǎng)絡(luò)交通和典型特殊需求特征，研究建立面向特殊需求的區(qū)域交通協(xié)同管控優(yōu)化技術(shù)體系。(2)在特殊需求下網(wǎng)絡(luò)特征提取、面向特殊需求的網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)技術(shù)、擁擠預(yù)防與疏解及分級優(yōu)先等方面實現(xiàn)和創(chuàng)新。(3)研發(fā)具有應(yīng)用前景的軟件系統(tǒng)，能夠有效支持各種典型特殊需求下的交通管控。(4)形成一支具有競爭力的交通技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)團隊。1.4 研究思路與方案本課題旨在對國內(nèi)外現(xiàn)狀與趨勢扎實分析研究的基礎(chǔ)上，以搶占新一代交通系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)前沿和戰(zhàn)略制高點，面向交通需求處于特殊狀態(tài)（如大型活動等引起的交通需求劇烈變化，緊急救援、公交優(yōu)先等造成的交通流優(yōu)先等級的分化等）、交通供給處于特殊狀態(tài)（如占路施工

40、養(yǎng)護造成的通行能力衰減，交通事故造成局部路段通行能力喪失等）和運行環(huán)境處于特殊狀態(tài)三種情形，基于網(wǎng)絡(luò)化信息環(huán)境與條件進行交通管控技術(shù)的研究。促進特殊需求下道路交通從適應(yīng)到主動調(diào)控，從局部優(yōu)化到網(wǎng)絡(luò)時空動靜態(tài)一體優(yōu)化的，實現(xiàn)特殊需求下交通效果最佳化，重點研究：（1）特殊需求下的網(wǎng)絡(luò)交通流技術(shù)特征提取與狀態(tài)辨識技術(shù)，包括特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通特征參數(shù)提取技術(shù)，特殊需求及其影響判別與分析技術(shù)，特殊需求影響下網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)演化規(guī)律等；（2）特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通變結(jié)構(gòu)協(xié)同技術(shù)；（3）特殊需求下網(wǎng)絡(luò)交通擁擠預(yù)防與疏解技術(shù)，包括交通擁擠狀態(tài)評估及其與策略的相互作用分析，基于網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢和交通小區(qū)的擁擠疏解戰(zhàn)略技術(shù)等；（4）

41、特殊交通流分級優(yōu)先通道協(xié)同技術(shù)，包括特殊交通流優(yōu)先級劃分；關(guān)鍵通道動態(tài)優(yōu)先控制技術(shù)等（5）特殊需求下的交通管控策略優(yōu)化系統(tǒng)研制、路如圖 1-2。分析與評價技術(shù)等，研究思18技術(shù)圖 1-2 課題總體研究思路19系統(tǒng)研發(fā)與驗證分析與驗證測試平臺構(gòu)建面向特殊需求的交通管控優(yōu)化系統(tǒng)研發(fā)特殊交通流分級優(yōu)先通行技術(shù)（通道與節(jié)點優(yōu)化）網(wǎng)絡(luò)交通擁擠動態(tài)預(yù)防與緩解技術(shù)（戰(zhàn)略調(diào)控戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化）網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)管理與技術(shù)（動/靜態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化）對象特殊需求（特征提取與狀態(tài)辨識）交通供給特殊狀態(tài)交通需求特殊狀態(tài)運行環(huán)境特殊狀態(tài)（施工作業(yè)、等）（大型活動、救援疏散等）（惡劣天氣等）特殊交通流 優(yōu)先目標無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交通流交通突發(fā)/短時

42、擁擠交通供需短時結(jié)構(gòu)性不匹配視覺環(huán)境特殊道路環(huán)境特殊需求等級分化需求總量激增交通功能短時喪失交通供給衰減網(wǎng)絡(luò)檢測數(shù)據(jù)交通誘導(dǎo)策略依據(jù)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢數(shù)據(jù)信息集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息第 2 章 特殊需求特征提取與狀態(tài)辨識2.1 概述本課題的研究對象包括：交通事故、占路施工、緊急交通、大型活動和惡劣天氣 5 種典型特殊交通需求。其中，占路施工、緊急交通、大型活動和惡劣天氣是交通管理部門事先可以預(yù)知的，可以提前制定交通預(yù)案；而交通事故是不可預(yù)知的。本部分首先研究如何利用歷史和實時數(shù)據(jù)對特殊需求作用區(qū)域的交通流特征參數(shù)進行提取的方法；然后，利用實時交通檢測數(shù)據(jù)，研究交通事故（不可預(yù)知特殊需求）的自動檢測方法；接著，根據(jù)

43、交通流的分布特征，采用宏觀基本圖（MFD）方法對路網(wǎng)進行分解；基于關(guān)鍵路徑，研究全局性擁堵的判別方法；最后，根據(jù)以上研究成果，采用宏觀和微觀相結(jié)合的方法，研究特殊需求的影響范圍和持續(xù)時間。2.2 特殊需求的交通流參數(shù)特征提取與判別技術(shù)研究2.2.1 交通供給特征參數(shù)提取2.2.1.1 交叉口飽和流量交叉口進口道經(jīng)車道劃分并加以渠化以后，進口道飽和流率隨進口道車道數(shù)以及渠化方案而異，所以在實際中獲取交叉口某一進口道的飽和流率時，必須分別計算各條進口車道的飽和流率，然后再把各條車道的飽和流量累加成進口道的飽和流率。各車道的飽和流率可以通過飽和車頭時距得到：S = 3600 / h式中：S 為飽和流

44、率（veh/h/ln），h 為飽和車頭時距（s）。(2-1)在實際研究中，取隊列中的第幾輛車作為計算飽和車頭時距的起點并沒有一個確切的結(jié)論，飽和車頭時距的計算起點取第 47 輛車的研究文獻都存在，一般認為隊列中初始的 15 輛車存在啟動延誤， 即飽和車頭時距的計算起點取第 46 輛車比較符合實際情況（KHOSLAK 等，2006），在本研究中取第 4 輛作為飽和車頭時距的計算起點。另外，為了保證足夠的樣本數(shù)量，在提取飽和車頭時距時，要求能夠提取飽和車頭時距的車道必須滿足周期內(nèi)到達的車輛數(shù)不少于 7 輛，而且處于飽和流狀態(tài)的車輛數(shù)不少于 4 輛。當(dāng)前周期的飽和車頭時距提取算法如下：Step1：當(dāng)

45、該周期綠燈開啟時， 綠燈開始時間t0 ，用以計算第一輛車的車頭時距；Step2： 各輛車輛依次經(jīng)過線圈的到達時間和離開時間，第 i 輛車的到達與離開時間分別為 ti、Ti；Step3：檢驗周期內(nèi)該車道到達的車輛數(shù)是否大于或等于 7 輛，如果周期內(nèi)到達的車輛數(shù)少于 7 輛，則停止計算，否則繼續(xù)；Step4：根據(jù)車輛到達和離開線圈的時間，計算各輛車占用線圈的時間 O，第 1 輛車的占用時間取車輛離開線圈時間減去綠燈開啟時間，后續(xù)其他車輛的占用時間用該車輛離開線圈時間減去車輛到達線圈時間，即：O1 = T1 - t0(2-2)20Oi = Ti - ti(2-3)式中：O1 為第 1 輛車線圈占用時

46、間（s），T1 為第 1 輛車離開線圈時間（hh:mm:ss），t0為綠燈開始時間（hh:mm:ss），Oi 為第 i 輛車的線圈占用時間（s），Ti 為第 i 輛車離開線圈時間（hh:mm:ss），ti 為第 i 輛車到達線圈時間（hh:mm:ss）；Step5：根據(jù)車輛離開線圈時間計算飽和車頭時距，即以車尾通過線圈為準，第 1 輛車的車頭時距取該車輛離開線圈時間減去綠燈開啟時間，后續(xù)其他車輛的車頭時距為該車輛離開線圈時間減去前一輛車離開線圈時間，即：h1 = T1 - t0(2-4)hi = Ti - Ti-1式中：hi 為第 i 輛車的飽和車頭時距（s）；(2-5)Step6：根據(jù)車輛的

47、線圈占用時間大于小型車平均占用時間的 2 倍時，該車輛是否為大型車，當(dāng)該車輛的線圈占用時間經(jīng)過車輛為大型車，否則為小型車，小型車平均占用線圈時間取上一周期處于飽和狀態(tài)的小型車的線圈占用時間的平均值；Step7：在車輛類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)大小車型的飽和車頭時距閾值分別車輛是否處于飽和流狀態(tài)，小型車的飽和車頭時距的閾值定為歷史平均飽和車頭時距加1s，大型車的飽和車頭時距的閾值為歷史平均飽和車頭時距加 5s，從第 4 輛開始的各車輛的車頭時距是否為飽和車頭時距，如果該車輛的車頭時距超過了設(shè)定的飽和車頭時距閾值，則認為從此輛車開始，之后的車流為非飽和車流；Step8：處于飽和流狀態(tài)的車輛數(shù)量是否大于或等

48、于 4 輛，如果滿足此條件，則繼續(xù)計算，如果此條件不成立，則停止計算；Step9：計算從第 4 輛車開始的各飽和車頭時距的平均值，作為此周期的飽和車頭時距：nh = 1 åh(2-6)n - 3ii=4式中，n 為處于飽和流狀態(tài)的最后一輛車的位置。由于交通狀況等條件的影響，例如大型車的比例突然增加，會造成當(dāng)前周期的飽和車頭時距產(chǎn)生突變，如果直接將通過這樣的飽和車頭時距計算出來的飽和流率用于交叉口服務(wù)水平評價或信號配時設(shè)計等方面，會產(chǎn)生很大偏差。因此，為了減少當(dāng)前周期飽和車頭時距突變帶來的不良影響，采用指數(shù)平滑的方法對歷史平均飽和車頭時距和當(dāng)前周期飽和車頭時距進行平滑處理：h = 0.

49、25 h + 0.75 H(2-7)式中,h 為當(dāng)前周期平滑處理后的平均飽和車頭時距（s），h 為當(dāng)前周期飽和車頭時距（s），H 為歷史平均飽和車頭時距（s），對于當(dāng)前周期而言，H 取前一周期平滑后的平均飽和車頭時距h（s）。根據(jù)式（2-7）可以得到飽和流率為：S = 3600 /h(2-8)2.2.1.2 啟動損失在交叉口綠燈啟亮?xí)r，排頭的幾輛車由于存在反應(yīng)時間、啟動以及時間，因而前幾輛車存在啟動損失。在前文中已經(jīng)得到當(dāng)前周期的飽和車頭時距 h，根據(jù)啟動損失的一般計算方法，可以得到綠初啟動損失：213LT = åhi - 3hi=1(2-9)式中，LT 為綠初啟動損失（s）。2.2

50、.2 交通需求特征參數(shù)提取2.2.2.1 流量隨著交通管理信息化水平的不斷提高，城市道路系統(tǒng)中布設(shè)了大量的交通檢測器，如環(huán)形線圈檢測器、超聲波檢測器、微波檢測器、檢測器、紅外檢測器等，這些交通檢測器幾乎都可以直接檢測斷面流量，因而，流量可以直接由檢測器輸出的原始數(shù)據(jù)提取得到。2.2.2.2 車速與交通流量一樣，地點車速也可以采用人工測量或自動測量的方式來通過大多數(shù)交通檢測器獲取，如感應(yīng)線圈檢測器、微波檢測器、紅外檢測器、。地點車速能檢測器等。有的檢測器能夠直接檢測地點車速，如雙環(huán)形線圈檢測器、微波檢測器等，有的檢測器需通過檢測器直接檢測到的其他交通參數(shù)推導(dǎo)或者通過多個該檢測器的配合計算來間接檢

51、測地點車速，如紅外檢測器、超聲波檢測器等。因而，地點車速也可以直接由大多交通檢測器輸出的原始數(shù)據(jù)提取得到。2.2.2.3 飽和度飽和度是反映道路交通狀況的一個重要指標，也是評判道路服務(wù)水平的一個重要基準， 飽和度可通過交通流量和通行能力得到，即x = q / C式中，x 為飽和度，q 為交通流量（pcu/h），C 為通行能力（pcu /h）。(2-10)2.2.3 異常交通判別技術(shù)異常交通具有不確定性，需要根據(jù)實時交通流檢測數(shù)據(jù)，判別發(fā)生的位置、類型，并對持續(xù)時間進行分析。下面從快速路、地面道路兩個方面，對交通究。的判別方法進行研2.2.3.1 城市快速路異常交通判別方法1)單元密度差模型將城市快速路分解為 5 類基本單元：基本路段、車道數(shù)不守恒路段、上匝道路段、下匝道路段和交織路段，由于不同路段本身的交通流特性差別明顯，因此對不同基本單元分別進行建模。（張淼，2010）基本路段上下游交通量守恒，通行能力相同。上下游的交通流密度有如下關(guān)系：kd (t) = ku (t) 1(t)(2-11)式中，ku (t)為