第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

交通拥堵是城市交通问题的突出表现。交通拥堵导致车辆只能在低速状态下行驶，使得机动车尾气排放成为空气污染的重要来源之一。根据《中国移动源环境管理年报（2021年）》，2020年，我国机动车四项污染物排放总量为1593.0万吨，其中氮氧化物（NOx）626.3万吨，碳氢化合物（HC）190.2万吨，一氧化碳（CO）769.7万吨，颗粒物（PM）6.8万吨。同时，机动车尾气排放也是二氧化碳的重要来源之一。2020年，全世界二氧化碳排放总量约为340亿吨，其中机动车二氧化碳排放量占到了10%至15%。因此，减少机动车尾气排放对于改善空气质量、实现“碳达峰、碳中和”具有至关重要的意义。

交通事故、车辆抛锚和货物洒落等突发事件造成的偶发性交通拥堵在时间和空间上具有很强的随机性和不可预知性，极大地增加了拥堵预防和控制的难度。针对城市路网偶发性拥堵问题，国内外学者在交通流理论、交通系统建模与仿真、交通行为分析等方面做了大量研究，力图揭示交通拥堵的产生原因和演变规律。对城市路网偶发性拥堵演化机理及控制策略的研究正逐步成为国际性的热点研究课题之一[1]。

然而，现有的研究成果还不足以充分准确地模拟和诠释城市路网偶发性拥堵的演化过程，例如，突发事件发生后，在什么样的条件下，交通拥堵会发生？拥堵在路网上如何进行传播？如何才能加快拥堵的消散？驾驶员的路径选择行为如何影响交通拥堵的形成、传播和消散？具体的交通管理与控制措施能够缓解多少交通拥堵？交通流的运行特征与交通拥堵的发生及严重程度有着非常密切的关系。建立考虑路径选择行为的交通流仿真模型，以描述城市路网交通流的动态演化过程，揭示城市路网偶发性拥堵的形成机理和演变规律，是解决城市路网偶发性拥堵问题的关键。

针对城市交通系统的复杂、随机、动态和突变特性，本书基于元胞自动机模型，构建城市路网动态交通流仿真模型，探索城市路网偶发性拥堵形成机理、传播规律和消散机制，优化拥堵控制方法，为城市路网偶发性拥堵的预防和缓解提供基础理论和关键技术。本书相关研究对于丰富交通流理论，提高城市交通系统应对突发事件的能力，具有重要的学术意义和工程应用价值。