基于VMS發(fā)布誘導(dǎo)信息的快速路網(wǎng)動態(tài)最優(yōu)控制.pdf

1、基于可變信息標(biāo)志（Variable Message Signs，VMS）的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的組成部分，對改善路網(wǎng)的交通狀況有重要的作用。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)通過VMS發(fā)布誘導(dǎo)信息，可以有效地調(diào)節(jié)車流在路網(wǎng)各個(gè)道路上的分布，從而避免部分道路車流過多而產(chǎn)生擁堵。
　　 由于交通誘導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)布的信息并不是強(qiáng)制的要求，駕駛員對于誘導(dǎo)信息不一定服從，誘導(dǎo)結(jié)果是不確定的。這種不確定性給交通誘導(dǎo)信息的發(fā)布策略帶來了挑戰(zhàn)，不恰當(dāng)?shù)牟呗钥赡軙菇?/p>

2、通擁堵從一個(gè)道路轉(zhuǎn)移到另一個(gè)道路，甚至加重整個(gè)路網(wǎng)的擁堵。因此，誘導(dǎo)信息的發(fā)布策略是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵。
　　 本文應(yīng)用最優(yōu)控制理論的方法，研究了交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的建模和動態(tài)信息發(fā)布策略。本文創(chuàng)新性地提出了在駕駛員不確定服從的情況下交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的動態(tài)最優(yōu)控制方法，以及多點(diǎn)控制的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中控制點(diǎn)的動態(tài)選擇方法。此外，相比于大多數(shù)現(xiàn)有研究，本文選擇VMS在有限狀態(tài)之間的切換作為控制變量，使得其優(yōu)化結(jié)果具有更好的可操作性。全文的主要研

3、究內(nèi)容和成果總結(jié)如下:
　　 (1)假設(shè)駕駛員對VMS發(fā)布的誘導(dǎo)信息的服從率為固定值，應(yīng)用宏觀交通流模型將基于VMS的交通誘導(dǎo)問題歸納為一種最優(yōu)控制問題。針對該問題中控制變量只在2個(gè)離散點(diǎn)取值的特殊情況，通過變量代換將最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于切換時(shí)刻的最優(yōu)參數(shù)選擇問題，依據(jù)離散系統(tǒng)的極小值原理給出了改進(jìn)的最優(yōu)梯度條件和相應(yīng)的數(shù)值解法。仿真研究發(fā)現(xiàn)，交通誘導(dǎo)對路網(wǎng)的改善作用在準(zhǔn)飽和流量需求的情況下最佳。
　　 (2)假設(shè)駕駛

4、員對VMS發(fā)布的誘導(dǎo)信息的服從率為滿足正態(tài)分布的隨機(jī)值，研究了含隨機(jī)變量的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化控制問題。提出了針對該問題的雙層最優(yōu)控制結(jié)構(gòu)，先求解下層確定的交通流分配問題，再求解上層隨機(jī)的駕駛員服從問題。隨后，在證明系統(tǒng)性能指標(biāo)為服從率的凸函數(shù)的基礎(chǔ)上，將上層的隨機(jī)問題轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性能指標(biāo)對服從率的靈敏度最小化的確定問題并求解，解決了交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的隨機(jī)最優(yōu)控制問題難以分析求解的困難。仿真結(jié)果證實(shí)該動態(tài)優(yōu)化控制方法能夠快速地求解出具有較好

5、統(tǒng)計(jì)性能的結(jié)果，且在參數(shù)變化時(shí)仍具有穩(wěn)定的優(yōu)化效果。
　　 (3)假設(shè)駕駛員在分岔路口的路徑選擇概率為與下游各路段旅行時(shí)間相關(guān)的時(shí)變值，以VMS是否發(fā)布實(shí)時(shí)旅行時(shí)間信息為控制變量，研究了考慮駕駛員選擇行為模型的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。其中駕駛員的路徑選擇行為用Logit模型描述，道路上瓶頸點(diǎn)的車輛排隊(duì)過程用Point Queue模型描述。采用真實(shí)路網(wǎng)數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了最優(yōu)控制方法的有效性，而持續(xù)性發(fā)布旅行時(shí)間信息并不是系統(tǒng)