城市交通复杂系统理论与技术领域的研究现状与未来.

汇报人：贾斌北京交通大学交通运输学院系统科学研究所2012年7月12日城市交通复杂系统理论与技术的研究现状与未来汇报提纲一、研究背景二、主要研究方向三、团队主要成员介绍四、团队主要研究成果五、国内外影响和学术交流六、依托学科、平台简介七、毕业研究生就业情况八、研究展望我国大城市普遍存在着严重的交通拥堵问题交通拥堵问题－严重影响经济建设和运行效率－增加了能源消耗和环境污染目前已经成为制约大城市可持续发展的主要瓶颈现实是因我们对城市交通发展的内在属性特征及交通出行者的行为特性缺乏足够的、准确的认识，使得实际交通规划与管理中存在一定的盲目性重大需求分析一、研究背景4人车路管理控制城市交通系统其相关基础科学问题研究极具挑战性！一、研究背景动态性随机性复杂性相互作用5“交通科学基础研究的目的是在于发现制约交通系统的基本规律；而交通工程的主要目的在于交通运输网络和控制系统的规划、设计和建立。”——Phys.Rept.2000,329:199-329现实是：当前交通科学的研究严重滞后于交通工程的进展，使得我们对城市交通系统的基本运行规律缺乏足够的、准确的认识，因而实际交通工程应用中存在一定的盲目性！D.Chowdhuryetal实践经验与教训均表明，如果缺乏先进的理论指导，单纯依靠“头痛医头，脚痛医脚”的方式来解决城市交通问题，不仅成本高昂而且效果有限。重视与加强交通科学问题基础研究一、研究背景交通科学指导交通工程实践－林肯隧道上个世纪60年代末，美国纽约市拟新建一条从曼哈顿通往新泽西的隧道MIT的科学家通过对林肯隧道的交通流进行理论分析后发现，对现有管理和控制措施进行适当调整，可以使通行能力提高了20%从而避免了修建一条新隧道林肯隧道理论模拟结果交通科学指导交通工程实践－崇文门路口疏堵原状:路口的流向较为复杂，机动车、非机动车、行人之间相互干扰严重，经常处于无序混乱状态措施:在科学分析与仿真后发现，对现有管理控制措施进行了适当调整：合理消减隔离带，重新匹配路口五个方向进出口流量、明确路权等策略效果:路口通行能力提高11%同一时段崇文门路口交通实况对比改造前改造后北京南三环路原玉泉营环岛(反例)环岛原状：如左图所示的大型非对称环岛；岛内设有三条车道；通行能力为3000辆/h；经常发生拥堵改造：为缓解交通拥堵，将环岛面积缩小一周，岛内车道由3条增加为5条效果：交通状况更加恶化，通行能力由3000辆/h降为2000辆/h结论：交通组织与优化需要理论研究来提供科学依据；否则，往往会事倍功半，事与愿违9一、研究背景著名科学家参与交通科学问题研究Prigogine（诺贝尔奖获得者物理学家）Herman（美国科学院院士物理学家）Lighthill（英国皇家学会会员工程力学家）Allsop（英国皇家工程院院士交通科学家）Newell（美国科学院院士物理学家）Vickrey（诺贝尔奖获得者经济学家）McFadden（诺贝尔奖获得者经济学家）McFadden研究并提出了交通行为离散选择模型Allsop则对宏观交通流分布进行了深入研究等等10一、研究背景城市交通流状态的产生和演变过程极其复杂，蕴涵着大量的基础科学问题：建模和求解问题－寻找精确的模型来模拟与分析交通行为及其时空分布；管理和控制问题－设计科学的管理与控制手段以提高群体的出行效率。著名学者GáborOrosz在2010年10月出版的英国《皇家学会自然科学会刊A辑》上指出的“越来越明显地可以看出，城市交通流与自然界中的任何粒子流的运动规律都不一样。”主体是全体交通参与者城市交通流智能性异质性同时还会受到各种交通管理控制措施及相关因素的影响+深入探讨我国城市交通系统的运行规律，建立符合我国交通流特性的交通流理论，并提出相应的管理控制方法，已成为一个至关重要热点问题！一、研究背景汇报提纲一、研究背景二、主要研究方向三、团队主要成员介绍四、团队主要研究成果五、国内外影响和学术交流六、依托学科、平台简介七、系统科学所毕业研究生就业情况八、研究展望复杂系统的研究是当前国际上系统科学学科发展的主要趋势，而交通运输系统是一个典型的开放的复杂巨系统，我们主要利用系统科学的原理和方法，通过对交通运输系统目标的分解、协调、综合、优化与实施而实现复杂系统的建模、优化与分析，寻求最优的控制方法与策略，开发交通系统的仿真模拟系统，为交通规划、管理与设计提供科学依据与方法。为此我们主要设置了四个研究方向。主要研究方向主要研究目标研究并揭示道路交通流，特别是低速、平面、混合并具有不同类型瓶颈的道路交通流的形成和演化特性；建立能描述机动车、非机动车和行人构成的混合交通流相互干扰机制的理论模型；为路段及典型交通瓶颈处交通设施的规划设计以及科学管理提供理论与技术支撑。方向一：道路交通流的理论建模、分析及控制时空演化图主要研究内容道路交通流稳定性分析与拥堵抑制策略典型交通瓶颈处交通系统的建模、分析与控制机动车、非机动车、行人混合交通流相互干扰机理行人流的演化规律与疏散策略。主要成员：高自友、贾斌、赵小梅、杨小宝、李新刚方向一：道路交通流的理论建模、分析及控制机动车、非机动车混行时的时空演化图主要研究目标掌握交通流形成及分布规律，探讨城市交通需求管理和引导方法，特别是交通规划与设计、土地利用、收费、诱导等策略对交通需求的影响；结合交通环境、能源消耗探讨城市交通可持续发展的管理方法。为制定合理的交通管理政策提供理论与技术支持。方向二：路网交通流管理与诱导交通流量在路网上的演化过程主要研究内容城市交通需求估计理论与方法交通需求管理策略城市交通网络规划与设计交通流量分配方法主要成员：高自友、孙会君、徐猛、四兵锋、任华玲方向二：路网交通流管理与诱导南礼士路北礼士路三里河东路西二环车公庄大街阜成门外大街复兴门外大街百万庄大街月坛北街月坛南街三里河路三里河地区交通流组织效果研究主要研究目标从微观与宏观角度研究城市交通流量及网络的时空和结构复杂行为及其普遍演化规律；研究网络拓扑结构对交通运输系统承载能力以及交通流传播特性的影响；揭示城市、道路及交通流的互演化关系，研究一般复杂网络传播流的时空演化规律，为城市交通网络的规划设计与有效控制提科学依据与技术支撑。方向三：面向交通运输系统的复杂性理论与方法主要研究内容交通运输网络拓扑结构复杂性及其演化特性分析人、车、路互演化机理及其复杂特性研究交通运输系统承载能力建模及其优化城市的形成、规模及道路结构演化机理分析。主要成员：高自友、吴建军、赵晖、高亮、郑建风方向三：面向交通运输系统的复杂性理论与方法主要研究目标从微观角度系统地研究复杂交通环境下列车运行动态特性，分析和揭示轨道网络中列车延迟产生和传播的机理；探讨不确定因素对列车运行计划的影响，引入合理的处理方式降低不确定因素导致的风险；研究列车的节能操纵控制策略，为轨道交通绿色低碳运营提供理论依据和技术支持。方向四：轨道交通系统建模与仿真列车运行速度随时间和位置的变化列车能耗与运行时间的关系主要研究内容准确描述列车运行的动力学模型轨道网络中列车延迟产生和传播的机理不确定干扰下铁路网上列车流优化组织与调整列车节能操纵控制优化模型与算法主要成员：高自友、李克平、杨立兴、曹成铉、李想列车运行能耗与站点停留时间和反应时间之间的关系方向四：轨道交通系统建模与仿真汇报提纲一、研究背景二、主要研究方向三、团队主要成员介绍四、团队主要研究成果五、国内外影响和学术交流六、依托学科、平台简介七、毕业研究生就业情况八、研究展望经过多年来的建设，业已形成一个以教育部创新团队为基础，由长江学者和杰青领衔，新世纪人才和全国优秀博士学位论文获得者为骨干的，结构合理的高层次学科队伍。团队成员19人，主要包括：长江学者特聘教授、国家杰出青年、俄罗斯科学院外籍院士、973项目首席科学家、教育部跨世纪人才1人(交通运输学院唯一的杰青)长江学者讲座教授1人（交通运输学院的2名长江学者均在系统科学所）教育部跨/新世纪人才6人（交通运输学院总共9人）全国优秀博士学位论文（百篇）获得者2人（全校总共4人）北京市科技新星、霍英东青年教师基金获得者1人国家自然科学青年基金项目获得者10人团队及主要成员介绍团队负责人高自友博士教授博导，系统科学研究所所长。国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授、973项目首席科学家、教育部长江学者创新团队负责人、教育部跨世纪人才、国务院学术委员会系统科学学科评议组成员，国家自然科学二等奖第一完成人，红果园双百计划A类人选、全国优秀青年教师。中国科学院应用数学所博士。中国系统工程学会、中国优选法统筹法与经济数学研究会副理事长，4种国际刊物的副主编或编委，10余种国内核心期刊的常务编委。2006、2010年度教育部全国优秀博士学位论文指导教师。长期从事交通运输系统管理与优化研究。主持国家级研究项目10余项；发表SCI检索论文100余篇；出版学术专著6本；获国家发明专利3项；获国家自然科学二等奖1项、省部级一等奖2项、二等奖3项。Email：[e-mail]，Tel：[phone]，Office：8612团队主要成员-科学所林兴强博士教授博导，北京交通大学长江学者讲座教授。香港理工大学土木工程系首席教授、国家自然科学二等奖获得者、ISTTT的终身学术顾问、加拿大卡尔加里大学杰出工程校友奖获得者英国纽卡斯尔泰恩大学博士。香港交通协会会长，香港工程学会土木顾问组主席，交通领域权威期刊“Transportmetrica”和“JournalofAdvancedTransportation”主编。主要研究领域包括运输网络建模及可靠性分析、智能交通系统技术、公共交通规划等。主持香港资助局项目5项，国家自然基金2项。共发表SCI检索论文100余篇，有近20篇文章发表在国际交通运输领域排名第一的TransportationResearchPart-B上，文章被SCI引用近1000次，H指数高达19。获国家自然科学二等奖1项、教育部自然科学基金1项。出版学术著作3部，完成工程咨询报告50余项。Email：[e-mail]，Tel：[phone]，Office：8710孙会君博士教授博导，系统科学研究所党支部书记、副所长。全国优秀博士学位论文获得者、教育部新世纪优秀人才、北京市科技新星、霍英东青年教师基金获得者、校红果园双百计划C类人选、国家基金委通讯评审专家北京交通大学博士。长期从事城市交通规划与管理、物流系统优化的研究工作。主持和参加国家级科研项目10余项；发表SCI检索论文40余篇；出版学术专著3本；获教育部自然科学一等奖1项、北京市科学技术二等奖1项。Email：[e-mail]，Tel：[phone]，Office：8613团队主要成员-科学所贾斌博士教授博导，系统科学研究所副所长，教育部新世纪优秀人才，红果园双百计划C类人选，中国科学院优秀博士论文获得者，国家科技奖励评审专家，国家基金委通讯评审专家中国科学技术大学博士。主要研究领域为交通流理论和复杂系统建模与分析。主持过国家自然基金2项、重点项目子课题1项、国际合作与交流项目1项、863项目子课题1项、北京市自然基金1项，作为研究骨干参加过973项目2项、国家自然基金重点项目1项、面上项目2项。主持及参加完成的自然基金项目在后评估中均被评为特优。已发表SCI检索论文50余篇（已被SCI引用270余次，其中他引197次），出版学术著作3部，获国家发明专利1项，获北京市科学技术二等奖和安徽省科学技术二等奖各1项。Email：[e-mail]，Tel：[phone]，Office：8619团队主要成员-科学所徐猛博士副教授硕士生导师。教育部新世纪优秀人才计划获得者、红果园双百计划D类人选，欧盟第七框架协议项目中方负责人。西北工业大学工学博士。世界交通与土地利用研究会(WSTLUR)会员,美国交通运输工程师协会(ITE)会员，先后赴美