针对当前恶劣天气下城市交通灾害管理,特别是路网交通拥挤灾害管理时暴露出的基础理论薄弱、处置方法单一且落后等问题,《恶劣天气下道路交通拥挤风险管理理论与方法》提出恶劣天气下道路交通拥挤风险管理的理论与方法。书中重点研究了恶劣天气下城市道路交通流特性、恶劣天气下城市道路交通拥挤形成一般机理、恶劣天气下道路交通拥挤风险评估与预警研究体系、恶劣天气下路网交通拥挤风险评估指标与模型、恶劣天气下交叉口-路段-路网三级交通拥挤风险预警指标与模型,恶劣天气下交通拥挤风险管理策略与决策方法等,为进一步探索恶劣天气影响下的交通系统防灾减灾、响应天气的交通管理与控制策略等问题提供了素材和参考。
道路交通系统作为城市生命线系统之一,正承受来自内外部双重的运行干扰,交通安全和交通拥挤越来越突出。其中恶劣天气下城市路网交通拥挤是典型的交通灾害之一,给人们的生产生活和社会安全稳定造成了极大的隐患。
《恶劣天气下道路交通拥挤风险管理理论与方法》还从风险控制的角度重新对恶劣天气下道路交通拥挤管理策略进行了回顾、分类以及解释。简要地总结归纳了恶劣天气下交通拥挤风险管理决策方法的基本原理以及各方法主要流程。
近年来城市道路交通系统的安全和拥挤问题越来越突出。尤其是恶劣天气下城市路网交通拥挤,对人们的生产生活和城市安全运行造成了较大的破坏,已经上升到交通灾害的程度。虽然我国在突发事件应急管理、气象灾害防灾减灾等方面做了许多努力,也有了较大的进步,但在应对恶劣天气城市路网交通拥挤灾害时仍存在基础理论薄弱、处置方法滞后等缺点。为此,本书面向恶劣天气下交通拥挤预防与疏解决策,运用风险概念搭建起恶劣天气与交通拥挤灾害的联系,通过设计不同阶段、不同层面的交通拥挤风险评估与预警模型,完成从“交通拥挤后评价”到“交通拥挤前评价”的转变,在很大程度上弥补现有的交通管理评价与实时交通拥挤态势分析滞后的现实不足,也为进一步探索交通系统防灾减灾、响应天气的交通管理与控制等问题提供了素材和参考。
本书重点研究了恶劣天气下城市交通拥挤形成一般机理、恶劣天气下交通拥挤风险评估与预警体系、恶劣天气下路网交通拥挤风险评估指标与模型、恶劣天气下交叉口一路段一路网三级交通拥挤风险预警指标与模型四个问题。
一是在形成机理方面,结合机理分析方法提出了恶劣天气下交通拥挤形成的一般机理。根据起主导作用的交通系统构成要素的不同,原理性机理可以细分为基于人要素的交通拥挤机理、基于车要素的交通拥挤机理、基于路要素的交通拥挤机理、基于管理要素的交通拥挤机理和基于耦合作用的多要素交通拥挤机理共五种。每一细分原理性机理都对应一个由要素、事件(因素)、动作、阶段等记号组成的概念模型。
二是在评估与预警体系方面,把恶劣天气下城市交通拥挤风险定义为在恶劣天气干扰下城市道路交通网络出现(大范围、长时间)交通拥挤或交通瘫痪等现象的可能性及后果,并提出了分解模型和集成模型共两类风险量化模型。随后阐述了交通拥挤风险评估与预警各自的定义、流程和指标体系。
三是在拥挤风险评估指标与模型方面,针对路网层面,从天气危险性、交通管理能力和交通供需水平共三方面进行分解,构建了四层14个基础指标的路网拥挤风险评估指标体系。由于一些定性或定量指标具有明显的模糊性特点,选择了模糊层次分析法进行综合评价。
四是在拥挤风险预警指标与模型方面,对于交叉口层面,选择了饱和流率、损失时间、交叉口流量下降比例共三个指标;对于路段层面,选择了自由流车速、通行能力和路段流量下降比例共三个指标;对于路网层面,确定由各关键交叉口和路段的预警结果等微观类指标,以及路网平均车速、路段拥挤比例等宏观类指标共同组成。由于恶劣天气的不确定性,以上警兆指标历史数据严重匮乏,所以选择了灰色关联度法进行动态预警。
此外,本书还从风险控制的角度重新对恶劣天气下道路交通拥挤管理策略进行了回顾、分类以及解释。简要地总结归纳了恶劣天气下交通拥挤风险管理决策方法的基本原理以及各方法主要流程。
最后在附录部分增加了对当前和下一步研究有重要参考价值的道路交通气象观测技术与传感器、国外道路天气管理研究项目等资料。
本著作受到上海理工大学管理科学与工程高原学科资助。
本书由山东理工大学孙洪运和上海理工大学智路平共同确定内容结构。其中孙洪运编写第一、五、六、七、八章以及附录A和附录B部分,完成全书约55%的内容;智路平编写第二、三、四、九章,完成全书约45%的内容。
在此特别对导师吴兵教授对笔者的精心培养和不倦指导表示衷心感谢,同时对于本书的参考资料的作者们,以及本书出版组织、排版设计的相关人员表示感谢。
受限于笔者的学识和水平以及课题研究资源等因素,书中难免存在瑕疵和不足之处,诚望读者不吝赐教。
孙洪运,男,1985年7月出生,山东临沂人,博士,讲师。曾从事交通流模型、运输网络交通分配、道路交通管理与控制、交通行为与交通运输大数据、综合交通运行监测与应急指挥平台等方面的研究。目前就职于山东理工大学管理学院,研究方向为交通大数据分析应用及交通物流系统优化。
E-mail: sunhongyun@sdut.edu.cn
智路平,男,1982年10出生,山西太原人,博士,工程师。2008年获上海市科技进步三等奖,2014年获上海市教学成果二等奖,主持省部级科研项目两项。目前就职于上海理工大学管理学院,研究方向为交通运输规划与管理。
E-mail: zhi19821027@163.com
第一章 绪论
第一节 研究背景
第二节 研究目的和意义
第三节 研究对象
一、恶劣天气事件
二、交通拥挤灾害
第四节 研究内容
参考文献
第二章 恶劣天气下道路交通拥挤管理理论研究
第一节 恶劣天气对道路交通系统的影响
一、对系统构成要素的影响
二、对交通供需水平的影响
三、对交通流特性的影响
第二节 路网交通拥挤评价与机理解析
一、路网交通状态识别与交通拥挤评价
二、城市交通拥挤的一般机理解析
第三节 风险、预警理论与交通灾害研究
一、风险理论及其在交通灾害研究中的应用
二、预警理论及其在交通灾害研究中的应用
参考文献
第三章 恶劣天气下道路交通系统随机性与交通拥挤机理分析
第一节 恶劣天气分类与分级
第二节 人-车-路要素受影响理论分析
第三节 交通供需水平和交通流特性随机性实证分析
一、交通与气象数据来源说明
二、雨天城市道路交通量
三、雨天快速路自由流车速和通行能力
四、雨天快速路流量-密度-速度关系及模型
五、雨天交叉口饱和流率和启动损失时间
第四节 恶劣天气下城市交通拥挤形成机理
一、基于机理分析方法的机理概念模型
二、机理概念模型事件出入度分析
参考文献
第四章 恶劣天气下道路交通拥挤风险评估与预警体系
第一节 恶劣天气下交通拥挤风险评估与预警概述
一、交通拥挤风险的定义与量化模型
二、交通拥挤风险评估与预警主要内容
第二节 恶劣天气下交通拥挤风险评估指标体系
一、交通拥挤风险源识别
二、交通拥挤风险评价指标提取
第三节 恶劣天气下交通拥挤风险预警指标体系
一、交通拥挤风险预警要素分析
二、交通拥挤风险预警指标提取
参考文献
第五章 恶劣天气下城市路网交通拥挤风险评估和预警模型
第一节 路网交通拥挤风险评价模型
一、模糊层次分析法介绍
二、隶属度和指标权重的确定
三、路网拥挤风险模糊层次综合评价模型建立
第二节 交叉口-路段-路网交通拥挤风险预警模型
一、灰色关联度法介绍
二、预警指标风险等级划分
三、预警指标权重确定
四、交通拥挤风险预警灰色关联度模型建立
参考文献
第六章 降雨天气下城市路网交通拥挤风险评估与预警应用案例
第一节 降雨下路网交通拥挤风险评估案例
一、数据准备
二、计算过程
三、结果分析
第二节 降雨下交叉口-路段-路网交通拥挤风险预警案例
一、数据准备
二、计算过程
三、结果分析
参考文献
第七章 恶劣天气下道路交通拥挤风险控制策略研究
第一节 风险管理和预控对策及其分类
一、风险管理
二、预控对策
三、策略分类
第二节 应急交通资源估计与布局策略
第三节 连续流设施主动交通管理策略
第四节 间断流设施交通系统管理策略
第五节 交通事故管理和紧急救援策略
第六节 基于新一代信息技术的道路天气交通管理策略
参考文献
第八章 恶劣天气下道路交通拥挤风险管理决策方法研究
第一节 决策问题
第二节 成本效益分析法
一、价值工程原理
二、常用费用效益评价方法
第三节 多目标优化方法
一、多目标优化问题的产生与发展
二、多目标优化问题的基本概念和相关术语
三、多目标优化问题求解代表性算法
第四节 二层规划方法
一、主从递阶问题与二层规划
二、二层规划的模型及其优势
三、二层规划的求解算法
第五节 多属性群决策方法
一、评价与决策
二、群决策理论
三、属性值表示、权重确定及排序方法
第六节 计算机仿真模拟方法
一、交通仿真及其分类
二、Cube
三、Aimsun
四、TransModeler
五、应用场景适用性分析
参考文献
第九章 展望
第一节 主要成果
第二节 扩展方向
附录A 道路交通气象观测技术与传感器
附录B 国外道路天气管理研究项目
后记