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一级学科名称：交通运输工程
作者姓名： 李志纯
指导教师姓名： 黄海军
论文题目： 交通行为建模与评价研究——网络均衡分析法
学位授予单位名称： 北京航空航天大学
http://www.cdgdc.edu.cn/jsp/ShowDetail.jsp?bumenid=133&newsid=4772&title
中 文 摘 要：
交通行为分析是当前国际交通科学研究的一个前沿领域，也是进行交通规划与管理的基础。全面系统、深入地研究交通行为的本质是科学“诊治”城市交通“病”的关键步骤。交通系统是一个复杂的巨型系统，对交通系统中出行者的行为进行科学的分析需要使用系统科学的理论、方法与手段。当前，国际上关于交通行为的研究通常将出行者的运动行为和停车行为分离开来分别研究，这割裂了交通出行中“行”和“停”的统一，与城市交通综合治理的初衷背道而驰，结果造成交通行为预测不准确、交通规划不合理、政策评价不科学。实际中，机动车总是在“行”与“停”两种状态之间转化，行车和停车是城市交通中紧密相连的两种行为，两者相辅相成、相互促进和制约，共同构成完整的交通系统。
本博士论文运用系统分析方法，将城市交通中机动车的运动行为和停车行为综合起来作为一个整体，进行全面、系统的研究，分析了这两种行为之间的相互影响和相互作用。主要内容包括：（1）系统地研究了不同网络状态（静态、确定性动态和随机动态交通网络）中出行者的旅行行为和停车行为模型；（2）建立了评价随机动态交通网络性能的可靠度指标；（3）评价了不同交通信息（路径诱导信息和停车信息）对不同属性出行者行为的影响。其主要目的在于通过深刻地透析交通行为的本质，使城市交通规划与管理工作更加理性、科学，更具有预见性。所得研究成果不仅有助于丰富和完善交通流理论，同时也为我国城市道路和停车设施的规划与管理、交通政策的制定与评价提供科学的理论指导。
具有创新性的主要研究成果包括以下几个方面：
1）静态交通网络中旅行行为和停车行为研究。现有的交通行为模型通常将出行者的运动行为和停车行为分离开来研究，而且经常忽略交通网络的能力约束，包括道路路段和停车设施的能力约束，结果可能导致预测的旅行需求大于路段和停车设施的能力。实际中，旅行需求受交通设施能力的限制，而且能力限制可能促使交通需求在不同的交通方式之间转移，特别是在早晚上下班高峰期间。论文第二章首先研究了能力约束下的多方式交通网络中出行者的旅行选择和停车行为决策模型。模型同时考虑了出行者的出行路径、停车设施和交通方式选择以及道路路段和停车设施的能力约束。设计了组合增广的Lagrangian对偶算法和部分线性化算法来求解该模型。该研究首次发现增加停车设施可能诱发诡异现象，即在网络中增加一个新的停车设施之后，总的网络旅行费用不是减少了，反而增加了！该文发表在国际刊物Journal of Mathematical Modelling and Algorithms（2007, Vol.6, No.2, pp.239-257）上。
现有的交通行为研究也经常假定出行者在一次出行过程中只使用一种交通方式，而不涉及多种交通方式之间的换乘问题。“停车换乘”是现代城市交通需求管理的有效措施之一，合理的换乘设施布局、停车泊位分配和停车收费，对提高城市交通系统的功效和缓解城市交通拥挤有重要的现实意义。论文第三章研究了上班高峰期进入市中心区的出行者的停车换乘行为，建立了与停车换乘均衡条件等价的变分不等式模型。使用该模型可以预测有多少出行需求选择使用换乘方式出行、每个换乘设施有多少人聚集以及交通需求在路网上如何分布等。该研究有助于加深对交通行为的理解、合理规划与布局换乘设施、协调发展多种交通方式。研究成果发表在《系统科学与数学》（2006, Vol.26, No.3, pp.352-361）上，拓展的研究已经被国际刊物Transportation Research Record录用并正在出版。
2）确定性动态交通网络中旅行行为和停车行为研究。论文第四章首次将出行者的停车决策行为结合到动态交通分配模型中，分析了不同类别出行者对出发时间、出行路径、停车设施和停车时间长度的决策行为。构造了与出行者旅行行为和停车决策行为等价的变分不等式模型，设计了求解该模型的有效算法。研究结果表明，所设计的求解算法能真正地产生动态交通网络均衡解；网络拥挤水平、停车设施的位置和容量以及停车收费方案都极大地影响人们的出行选择行为；对路外停车设施，静态交通行为模型将低估平均停车时间长度和高估平均周转率、平均每小时停车设施占用率和停车利润，对路边停车设施，结论正好相反。这些成果发表在交通科学权威刊物Transportation Research Part B（2006, Vol.40, No.5, pp.368-395）上，并在短期内被SCI他引1次（见证明材料）。
论文第五章进一步使用基于活动（Activity-Based）的方法研究了出行者的活动、旅行调度和停车行为模型。模型同时考虑了一天中出行者对活动类型、活动地点、活动时间长度、停车设施和旅行路径的选择行为，研究结果清晰地重现了出行者的链式层次行为。该论文于2005年7月在本领域国际最高水平的理论性会议International Symposium on Transportation and Traffic Theory（ISTTT）上宣读45分钟，同时在TTT丛书中发表（2005, pp.717-739，Elsevier出版，每次限发表35-38篇论文），是50多年来我国大陆交通运输工程学科的博士生首次在该会议上发表论文。ISTTT宣称“the symposium may prove to be a career-defining moment”，被TTT丛书收录的论文“reflect the best work underway anywhere in the world on the science and operation of traffic and transportation”（见网站http://www.isttt.org）。TTT丛书的封底上注明“It is essential reading for anyone interested in researching or understanding traffic and transportation phenomena and in developing effective approaches to planning, design and management of transport systems”。
3）随机动态交通网络中旅行行为和停车行为研究。交通网络是一个复杂的动态、随机系统。衡量随机系统性能的一个重要指标是可靠度，它是指系统能够在规定的条件或时间内实现预定功能或目标的概率。随着交通系统对社会经济发展所起的支持作用越来越大以及出行者对服务水平的要求越来越高，路网的可靠度性能显得日益重要。论文第六章在利用供需相互作用原理和不动点理论系统地分析随机动态交通网络中出行者的旅行行为和停车行为的基础上，首次提出了评价随机动态交通网络稳定性能的计划可靠度和停车可靠度指标，设计了基于Monte Carlo模拟方法和相继平均法（Method of Successive Averages）的算法来计算可靠度。研究结果表明，提出的可靠度指标能有效地衡量一天中不同时段道路网络和停车设施的服务水平，传统的静态交通网络可靠度指标做不到这一点。研究也发现，增加道路通行能力将导致不同时段上、不同空间上旅行可靠度的相对变化程度不一致，即道路通行能力的增加将诱发时间和空间不公平性问题。这些研究成果发表在国际刊物Networks and Spatial Economics（2007年1月22日录用，2007年3月2日在线发行）和论文集Lecture Notes in Computer Science（2005, 3828, pp.777-787）上。
4）交通信息对不同属性驾驶员行为影响的评价研究。利用智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）来引导驾驶员的出行行为，是21世纪交通需求管理中最有前景的措施之一。因此，对ITS提供的路径诱导信息和停车信息的收益、可行性和风险进行分析和评价，显得尤为重要。论文第七章研究了多用户类随机动态交通网络中路径诱导信息和停车信息对不同属性驾驶员出行行为的影响，同时讨论了如何确定一般路网均衡状态下信息系统的市场渗透率。研究发现，适度的信息质量和市场渗透率将提高驾驶员决策的理性程度和减少违章停车数；网络的不确定性水平和信息服务的质量将大大影响出行负效用及其各组成要素的大小；均衡市场渗透率水平与驾驶员的属性、出行里程以及信息服务费有关，信息服务收费水平可用来控制信息系统的市场渗透率水平。此外，研究也清楚地发现和解释了信息影响的不公平性和信息过度等新的行为现象。相关研究成果发表在《系统工程理论与实践》（2004, Vol.24, No.9, pp.125-130）、《公路交通科技》（2005, Vol.22, No.2, pp. 95-99）、《中国公路学报》（2005, Vol.18, No.3, pp. 94-98）和国际著名运筹学刊物European Journal of Operational Research（2007, Vol.176, No.3, pp.1464-1477）上。
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发表于 2008-6-2 12:54:09
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