城市交通的动态组织及瓶颈发现
2015-06-16
随着大城市交通逐渐向网络化、多层次的方向发展,城市交通的状态成为不同道路交通流量的竞争与路网拓扑演化的共同作用结果。针对城市人口规模的爆发和分布的不均匀,交通系统效能提升已成为未来城市管理的重要研究课题。理解城市交通的动态组织是其中的基本科学问题之一,而城市交通畅通状态与拥堵状态之间的反复切换是交通动态组织的典型特征。
高速公路上交通畅通与拥堵之间的动态转化过程已得到较多关注,而由于城市交通的复杂网络特点,此问题在城市层面上的研究较少。特别是,城市交通在拥堵状态下会形成分散的局域流量,这些局域流量又会在网络畅通时整合起来,形成全局流量。这个局域流量形成全局流量的交通动态组织过程一直未得到充分理解,而数据的不足和相应分析方法的缺乏更加阻碍了相关研究的深入。
为了研究上述问题,我们收集了北京市六里桥地区的实时交通数据,并且通过定义功能网络,探究了城市交通流的演化方式,发现了城市交通组织中的渗流过程[1]。在城市交通的渗流组织中,存在很多高速的局域流量集团以及连通这些集团的有向路径,这些路径中速度最低的边(称为“瓶颈”)决定了交通组织效率。研究发现,交通瓶颈在早中晚的不同时段具有不同的时空分布,并且不同于通过传统网络分析方法得到的结构瓶颈。我们发现对这些瓶颈的小幅优化就能够对整体交通组织效率产生显著的提升。
上述发现有助于我们深入理解城市交通的动态组织特点。基于实时交通信息和渗流理论的城市交通可靠性动态分析方法,能够对城市交通系统的可靠性进行实时的评估。基于网络渗流的临界性,我们提出了识别瓶颈、提升整体交通效能的方法,希望可以优化城市交通的畅通状态,支持城市交通的动态管理。目前,城市交通管理研究依然富有挑战性,需要更多的努力和探索,同时我们相信,在大数据背景下的城市交通可靠性研究将为智能交通的发展提供一定参考。

李大庆,副教授,可靠性与系统工程学院,卓越百人,E-mail: daqingl@buaa.edu.cn或li.daqing.biu@gmail.com


参考文献
[1] Daqing Li, Bowen Fu, Yunpeng Wang, Guangquan Lu, Yehiel Berezin, H. Eugene Stanley and Shlomo Havlin. Percolation transition in dynamical traffic network with evolving critical bottlenecks. PNAS 112(3): 669-672 (2015).





图 1 交通渗流过程和渗流临界值的变化趋势









图 2 不同时段的交通瓶颈以及交通流量组织方式