探索城市道路网络交通小区动态划分理论与方法研究

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1、同济大学交通运输工程学院博士学位论文城市道路网络交通小区动态划分理论与方法研究姓名：李晓丹申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：杨晓光20090701摘要大城市或特大城市的道路网络，其拓扑结构具有复杂、多维等特性，其网络交通流具有复杂性、实时性、随机性等特点，难以对城市道路网络及其交通流系统进行同一的交通控制与管理。首先，城市道路网络规模庞大，使得无法对整个网络进行控制与管理的建模；其次，网络交通流在时间、空间、构成等上的差异特性，使得无法对整个网络采取同一的控制与管理策略。因此，从网

2、络交通流的时空特性和交通管理的动态、即时特性分析出发，需要对城市道路网络进行合理的时空划分，解耦城市道路网络及其交通管理系统，决定了对城市道路网络进行时空划分的必要性；另外，城市道路网络的拓扑特性和网络交通流的周期相似特性与空间关联特性，也决定了对城市道路网络进行时空划分的可行性。本文以国家高技术研究发展计划(863计划)项目专题“城市道路网络交通小区动态智能划分技术”和“城市交通状态智能预报与管理支持系统”两个课题为依托，围绕城市道路网络交通小区划分的关键理论和技术展开研究。论文通过大量的文献阅读

3、和资料总结，分析研究了国内外在城市交通网络时空分解方面的研究情况，特别就交通诱导子区、交通控制子区的划分方法、模型、算法等方面的研究成果进行综述。总体而言，以往的研究主要为了解决交通控制系统中的交通信号协调控制方面的问题，对交通控制子区的划分原则、指标、方法等相对研究较多，而对交通诱导子区的研究未形成完整的交通小区划分理论和方法体系。本论文在此基础上确定了研究方向，即建立交通小区的通用概念解析及划分理论体系，并侧重于中观和微观的交通小区的划分方法和实现技术进行深入研究。在城市道路网络交通小区概念解析

4、、交通小区划分体系设计、诱导交通小区划分方法、控制交通小区划分方法、交通小区划分系统设计等方面取得了一系列成果，具有重要的理论意义和实用价值。首先，论文在分析城市道路网络交通流的周期相似特性和空间关联特性的基础上，提出了划分交通小区的可行性；综合考虑交通动态管理的系统需求，提出了交通小区的通用概念及数学描述。并基于交通小区的定义及划分的一般规则，研究了交通小区动态划分的影响因素、原则、依据，以及交通小区动态划分的模式和方法，初步确定了交通小区动态划分的时空规则。其次，基于交通小区的定义，论文建立了交

5、通小区动态划分的理论体系。在对交通管理体系分析的基础上，提出区域交通管理是城市道路网络交通系统管理的高级形式，从而根据不同的管理策略建立了交通小区的层次体系，并解析了不同层次交通小区间的相互关系；在以往子区划分指标研究的基础上，进一步扩充摘要并建立了交通小区动态划分的指标体系；基于对城市道路网络交通小区动态划分的数据需求分析，分别对城市道路网络时空数据模型、多尺度模型、海量数据存储等方面的数据支撑体系进行了初步研究，为交通小区动态划分系统的建立和实现奠定了数据和模型基础。再次，论文面向实际的应用需求

6、，分别对面向路径诱导的交通小区(以下简称诱导交通小区)和面向交通信号协调控制的交通小区(以下简称控制交通小区)的划分方法进行了深入研究。基于诱导交通小区在路径诱导中的重要作用分析，确立了诱导交通小区划分的目标，进而提出了基于连线交通相似度的城市道路网络动态分层规则和基于矩形区域算法的两步骤诱导交通小区空间划分方法，并提出了诱导交通小区的周期确定方法。至于控制交通小区，首先基于系统控制目标的研究，确定了控制交通小区的划分步骤，提出了基于关键节点和路径关联度的控制基本交通小区划分方法，并采用空间聚类分析

7、算法加以实现；在控制基本交通小区划分的基础上，进一步提出了基于车队关联度的控制交通小区动态划分和优化过程，重点研究了动态划分和优化的扩张、收缩和裂变规则，以使控制交通小区能够动态适应交通流的时变特性。最后，论文从实现层面研究了城市道路网络交通小区动态划分系统在城市综合交通管理平台中所处的地位，对交通小区动态划分系统的功能需求、总体设计、数据库设计等方面进行了分析和设计，并基于组件式GIS实现了原型系统的开发，简单介绍了交通小区在部分城市中的实际应用情况。应用研究表明，城市道路网络交通小区动态划分系统

8、能够有效地提高交通控制系统和交通诱导系统的效益，具有科学性和有效性。关键字：交通小区，诱导交通小区，控制交通小区，空间划分，时间划分，交通相似度HABSTRACTForroadnetworkofmajorcitiesormega-cities，it’Stopologyhascharacteristicsofcomplexity，Multi-dimension；it’Strafficflowhascharacteristicsofcomplexity，real—time