微觀交通仿真查詢算法與換道模型研究.pdf

1、城市交通擁堵已成為世界性的難題。交通擁堵不僅造成了運(yùn)輸成本增加、居民出行延誤、空氣質(zhì)量下降，還給整個(gè)社會(huì)造成了巨大的生態(tài)環(huán)境污染、資源浪費(fèi)、道路事故率增加等無(wú)謂損失。作為交通優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要工具，交通仿真通過對(duì)路網(wǎng)的設(shè)計(jì)、交通流的管控、信號(hào)燈控制等對(duì)城市交通狀況進(jìn)行仿真模擬，評(píng)估和優(yōu)化交通方案，為達(dá)到提高城市道路的利用率，緩解城市交通擁堵的目的提供了理論依據(jù)和決策支持。微觀交通仿真能直觀的刻畫車輛、行人等交通個(gè)體行為，隨著對(duì)交通仿真精度、

2、效率、規(guī)模和準(zhǔn)確性等需求的日益增長(zhǎng)，因而已成為分析交通流特性的關(guān)鍵技術(shù)，備受研究者的關(guān)注，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。
　　面對(duì)微觀交通仿真中的近鄰車輛查詢的效率問題、安全換道模型中的縱向加速度自適應(yīng)變化問題和基于公交IC卡數(shù)據(jù)的大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)問題已成為實(shí)際應(yīng)用的困擾，本文從分析現(xiàn)有微觀交通仿真技術(shù)出發(fā)，針對(duì)微觀交通仿真的近鄰車輛查詢算法的可擴(kuò)展性和效率問題、縱向加速度自適應(yīng)調(diào)整的情況下車輛的安全換道距離問題，以及基于公交IC卡數(shù)據(jù)

3、的大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)問題進(jìn)行了深入研究。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下：
　?。?）提出了一種適用于微觀交通仿真的基于局部索引的近鄰查詢算法。
　　針對(duì)微觀交通仿真中的多一維的有向近鄰查詢問題，提出了一種基于局部索引的近鄰車輛查詢算法。該算法在B+樹的基礎(chǔ)上，通過維護(hù)仿真單元的局部位置索引，使其同時(shí)具有B+樹與線性方法的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)算法時(shí)間復(fù)雜度和期望查詢長(zhǎng)度的分析結(jié)果顯示，該算法可滿足大規(guī)模、擁堵的微觀交通仿真近鄰車輛查詢需求，提高了

4、仿真系統(tǒng)的仿真效率。
　?。?）提出了一種新型微觀交通仿真的加速度自適應(yīng)的安全換道模型。
　　針對(duì)車輛換道過程中加速度自適應(yīng)變化的問題，提出了一種縱向加速度自適應(yīng)的安全換道模型。該模型通過定義車輛換道的臨界碰撞時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將換道過程分為四個(gè)階段，并結(jié)合了加速度變化和模型參數(shù)對(duì)臨界碰撞時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及安全換道距離的影響，使其能更真實(shí)地表征車輛換道的情況。該模型具有較高的精度，可有效模擬車輛換道過程的加速度變化，使得安全換道距離的計(jì)算

5、更為準(zhǔn)確。
　?。?）提出了一種基于公交IC卡數(shù)據(jù)補(bǔ)全的大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)算法。
　　針對(duì)城市公交的大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)問題，提出了一種基于公交IC卡數(shù)據(jù)補(bǔ)全的大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)算法。該算法在不關(guān)聯(lián)公交調(diào)度和GPS數(shù)據(jù)情況下，通過上車站點(diǎn)標(biāo)注和行駛方向標(biāo)注子算法，將刷卡記錄與實(shí)際公交站點(diǎn)進(jìn)行匹配。同時(shí)，將全局公交數(shù)據(jù)補(bǔ)全問題映射為圖論中的節(jié)點(diǎn)的遍歷問題，利用貪心生長(zhǎng)算法和廣度優(yōu)先遍歷策略實(shí)現(xiàn)局部最優(yōu)，并在基于公交出行鏈的假設(shè)下

6、挖掘城市居民出行OD矩陣。該算法可高效地完成大規(guī)模OD矩陣推導(dǎo)，為交通需求分析提供理論依據(jù)。
　?。?）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輕量級(jí)微觀交通仿真原型系統(tǒng)。
　　為了驗(yàn)證查詢算法的效率和換道模型的精度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)微觀交通仿真原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用基于公交IC卡數(shù)據(jù)的OD矩陣設(shè)置，通過真實(shí)數(shù)據(jù)初始化仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了局部索引的近鄰車輛查詢算法和加速度自適應(yīng)的安全換道模型。仿真結(jié)果顯示該近鄰查詢算法可有效提高仿真系統(tǒng)的查詢效率；而該換