USST_Arts_112430718降雨天气对城市道路交通网络的影响研究

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3.0 赵德峰 2025-01-09 7 4 3.94MB 61 页 15积分

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摘要

近年来，全球许多城市遭受频繁降雨天气，特别是暴雨天气的侵袭，城市道

路交通更容易拥挤甚至陷入瘫痪，其出行时间变得十分不稳定。即使是不会使路

面产生大量积水的一般降雨天气，也会对城市道路交通的运行效率产生很大影响。

非正常天气的频发，逐渐地暴露出城市交通基础设施的问题和城市交通管理能力

的不足，使得城市交通体系规划和管理成为社会关注的焦点。城市道路交通系统

是城市居民日常生活的重要基础，是经济社会和谐发展生命线系统之一，其运行

质量直接关系到城市人们的生活，甚至影响国民经济发展及人民的生命财产安全。

如何提高城市道路交通运行的稳定性，保证道路交通系统生命线功能的高效发挥，

一直备受社会各界尤其是交通工程领域所关注。

本研究以实际调查的海量交通数据为基础，采用降雨天气下与正常天气下的

道路交通流参数进行对比的方法，系统地分析了降雨天气下城市道路交通特征，

探讨了降雨天气对交通流参数及出行时间稳定性的影响。本文的主要研究成果如

下：

首先分析降雨天气的特性，及其对城市道路交通运行的影响机理，然后对不

同降雨强度下的交通流特征及参数进行调查，并对调查数据进行统计分析，得出

道路交通流特征参数的变化趋势及其规律。

其次在实时实地调查的基础上，对调查数据进行回归分析，建立含降雨强度

因子的单位距离自由流行程时间和路段通行能力的计算模型，由此构建降雨天气

下路段时间费用函数。

最后，在完成降雨天气下路阻函数模型构建的基础上，对降雨天气给道路网

络出行时间可靠性带来的影响进行分析研究。

结果表明，降雨天气下，城市道路网络的交通运行特征与正常天气下有着明

显的区别，随着降雨强度的增大，城市交通出行时间变得越来越不稳定，降雨天

气对城市道路交通的正常运行产生了不可忽视的影响。

关键词：影响研究城市道路交通特性路阻函数行程时间可靠度

ABSTRACT

Urban road traffic system is one of the lifeline systems and important foundation of

social development. Its running status is directly related to people’s life and property

security and national economic development. Recently，many parts of our country suf-

fered frequent rainfall weather，especially stormy weather. Rainfall weather makes

many urban road transportation become very congestion and even paralysis. Even if the

general rainfall which won’t form a large number of water on road surface, also produce

a great impact on the efficiency of urban road traffic. Frequent adverse weather gradu-

ally exposed the problem of urban traffic infrastructure and the inadequacy of ability of

city traffic management. At the same time, it makes the urban traffic system become the

focus of social attention. How to improve the stability of urban road network operation,

to guarantee the efficient of the lifeline road traffic system, has been praised by all sec-

tors of society, especially in traffic engineering field.

This study on the basis of a large number of real traffic data, with urban traffic

characteristic under rainfall weather as the research object, using the method of com-

paring the traffic flow parameters with which is under normal weather, systematically

analyzes the characteristic of urban road traffic under rainfall weather, and discusses the

influence of rain weather on traffic flow parameters and road network reliability. In this

paper, the main research results are as follows:

First of all, the author analyzed the characteristic of rainfall weather and the influ-

ence mechanism of rainfall on urban road traffic operation. Then the author carried out a

statistical analysis of survey data of traffic flow parameters that are invested under dif-

ferent rainfall intensity. It is concluded that the change trend of road traffic flow charac-

teristic parameters.

Secondly, road travel time function under rainfall weather (Rain Based Bureau of

Public Roads) is established with the correction of free flow travel time and road capac-

ity on the travel time model of Bureau of Public Roads.

Finally, the model to evaluate the travel time reliability of road network system is

proposed with systematic optimal assignment formula and series-parallel theory. Last

but not least, this research carried the stability analysis of travel time under rainfall

weather.

The results show that there is a clear distinction in network traffic characteristics

between rainfall and normal weather. With the increase of rainfall intensity, the network

traffic travel time is becoming more and more unstable. Precipitation has a negligible

impact on normal operation of urban road transportation.

Key word：influence research，urban road，traffic characteristic，

impedance function ，travel time reliability

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论...........................................................................................................1

1.1 立题背景及意义 ......................................................................................1

1.1.1 立题背景 .........................................................................................1

1.1.2 研究目的和意义 .............................................................................2

1.2 研究范畴的界定 ......................................................................................2

1.2.1 基本概念 .........................................................................................2

1.2.2 研究范围 .........................................................................................3

1.3 研究内容与研究方法 ..............................................................................4

1.3.1 研究内容 .........................................................................................4

1.3.2 研究方法 .........................................................................................4

1.4 技术路线 ..................................................................................................5

第二章基础理论与相关研究综述.......................................................................7

2.1 基础理论 ..................................................................................................7

2.1.1 路段阻抗函数理论 .........................................................................7

2.1.2 行程时间可靠性理论 .....................................................................7

2.2 国内外既有研究 ......................................................................................9

2.2.1 降雨天气对道路交通运行特征的影响研究 .................................9

2.2.2 道路交通系统可靠性评价研究 ...................................................12

2.2.3 小结 ...............................................................................................13

第三章降雨天气下城市道路交通特征调查与影响分析.................................15

3.1 降雨对城市道路交通的影响机理分析 ................................................15

3.2 降雨天气下城市路段交通特性调查 ....................................................16

3.2.1 调查目的 .......................................................................................16

3.2.2 调查对象 .......................................................................................17

3.2.3 调查方法 .......................................................................................17

3.3 降雨天气下城市路段交通特性影响分析 ............................................17

3.3.1 对出行方式构成分布的影响分析 ...............................................17

3.3.2 对车辆运行速度的影响分析 .......................................................18

3.3.3 对路段交通量的影响分析 ...........................................................20

3.3.4 对通行能力的影响分析 ...............................................................23

3.3.5 小结 ...............................................................................................25

第四章降雨天气下城市道路交通阻抗函数.....................................................26

4.1 基本模型 ................................................................................................26

4.2 降雨天气下的路段行程时间模型 ........................................................26

4.3 关系函数的确定及参数标定 ................................................................27

4.4 模型标定效果验证 ................................................................................31

4.4.1 标定效果检验 ...............................................................................31

4.4.2 RB-BPR 模型验证分析 .................................................................32

第五章降雨天气对城市道路交通网络行程时间可靠性影响分析.................34

5.1 基本假设 ................................................................................................34

5.2 路段行程时间可靠性评价 ....................................................................34

5.2.1 路段的行程时间可靠性评价模型 ...............................................35

5.2.2 评价标准的界定 ...........................................................................37

5.2.3 计算方法 .......................................................................................38

5.2.4 可靠性等级划分 ...........................................................................39

5.3 路网行程时间可靠性评价 ....................................................................39

5.3.1 路径的行程时间可靠性模型 .......................................................40

5.3.2 OD 对的行程时间可靠性模型 .....................................................41

5.3.3 路网的行程时间可靠性模型 .......................................................41

5.4 算例分析 ................................................................................................41

5.4.1 路段出行时间可靠度计算分析 ...................................................42

5.4.2 路网出行时间可靠度计算分析 ...................................................47

5.4.3 小结 ...............................................................................................48

第六章结论与展望.............................................................................................49

6.1 本研究主要成果 ....................................................................................49

6.1.1 创新性成果 ...................................................................................49

6.1.2 主要结论 .......................................................................................49

6.2 研究展望 ................................................................................................50

参考文献 .................................................................................................................52

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果

致谢

第一章绪论

1.1 立题背景及意义

1.1.1立题背景

随着经济的发展，我国成为世界上最大的发展中国家，在经济社会日渐繁荣

的同时，我国大部分城市受到了降雨灾害的严重影响。近年来，城市雨涝频率高，

相对集中在城市地区特别是大中城市。据相关部门统计，2008 年以来，我国有213

个城市遭遇了不同程度的积水雨涝灾害，占调查城市的 62%，其中有 137 个城市

雨涝灾害次数已超过 3次；78.9%的城市积水时间都超过半小时；90%以上城市积

水深度都超过 15 厘米。城市降雨内涝灾害的发生，呈现出发生范围广、次数频繁、

积水时间长、积水深度大的特点，这不仅给我国带来了巨大的经济损失，还威胁

到整个城市的安全特别是交通安全。

据相关信息，2004 年7月10 日，首都遭遇特大暴雨袭击，强降雨使得整个城

市有 40 多处产生严重积水，21 处严重交通拥堵，并有 8个立交桥瘫痪；2011 年6

月23 日，北京再次遭受强降雨袭击，整个市区 22 处交通路段中断。降雨天气对

城市的频繁沉重的袭击，拷问着城市防洪与应急管理系统，城市道路交通应对降

雨灾害的对策研究已成为政府和相关学者关注的重点。

城市道路交通具有车流量大、交通方式组成复杂、交叉口车流运行模式多样

化等特点，特别容易受降雨天气的影响。降雨天气下，路面能见度的下降、水膜

甚至积水都在很大程度上影响了道路交通系统的正常运行。降雨对车辆安全行驶

和通畅运行而产生的影响是显著的和不可忽视的，特别是强降雨天气不仅影响了

交通运输安全和道路质量，也增加交通延误，导致道路交通拥堵，大大降低了道

路交通的速度与效率，不能保证交通网络的出行可靠性。

在我国尤其是我国南方城市，雨季的降雨天气频繁且强度大，对道路交通的

正常运行造成很大影响，如果直接采用传统的交通特性研究和制定的交通管理与

控制措施，交通管理的实际效果必然会大打折扣。

为了解决降雨天气下城市道路交通运行问题，把握降雨天气下交通流特性；

理清降雨天气对道路交通流参数的影响，估测车流速度和道路通行能力的下降程

度；度量降雨天气下城市道路网络的出行时间可靠度大小，研究降雨天气对城市

道路交通的影响是非常必要的。

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