城市道路交通擁堵判別、疏導與仿真.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟、社會的迅速發(fā)展、居民收入的提高、城市化進程的加快，城市交通擁堵日益嚴重。交通擁堵使居民出行的經(jīng)濟和時間成本增加，不確定因素增多，駕駛體驗降低，油氣資源大量浪費，局部環(huán)境污染問題加劇等等。
　　交通系統(tǒng)是以人類活動為中心的復雜系統(tǒng)，它既受到內在的交通流分布、交通參數(shù)動態(tài)關系的影響，又受到外在的政策、出行需求、天氣等廣泛因素的影響;既受制于路況等客觀因素，又受制于出行需求、駕駛習慣等主觀行為;既包括流量、密度、速度等可觀

2、量，又包括出行路徑選擇、車型動態(tài)組合等難以精確測算的不可知因素。
　　交通系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，一個細微的參數(shù)波動都可能帶來“蝴蝶效應”，具有強不確定性。因此，許多現(xiàn)象無法用確定性分析方法來研究，而應該引入不確定分析方法。它又是一個動態(tài)開放系統(tǒng)，與模型無法完全覆蓋的外部世界聯(lián)系緊密，存在系統(tǒng)局部之間、內部與外部之間的關聯(lián)互動，離線、固化、基于特定模式的方法不能適應交通運行的快速變化，需要選用更具魯棒性的在線分析算法。根據(jù)工況變化，不斷

3、刷新模型及參數(shù)，傳統(tǒng)仿真框架的封閉性并不適合對在線分析算法的研究。
　　針對交通系統(tǒng)的上述特點，本文將不確定性處理技術和軌跡信息挖掘的在線分析技術融入交通擁堵時空分布特征的分析研究。并在此基礎上構建在線緩堵控制框架，通過融合數(shù)理統(tǒng)計與模型仿真方法，開辟解決城市交通緩堵這一難題的新途徑。為了支撐上述研究，本文自主構建了開放架構的全新交通仿真平臺，以適應計及不確定因素的交通仿真分析及模型的擴展需求。為此，開展了如下具體的研究工作:

4、r>　　1.構建了交通參數(shù)時間響應軌跡的多尺度分析方法:針對非平穩(wěn)交通流參數(shù)影響相關性分析、制約預測精度提高的問題，提出了2個將交通參數(shù)信號分解為趨勢和細節(jié)分量的方法，用于在不同的場景下解決上述問題:一是利用小波分解法將單個交通參數(shù)信號分解為趨勢和細節(jié)分量，二是利用多項式擬合及其智能分段算法實現(xiàn)多個關聯(lián)交通信號的逐段分解。上述方法提高了信號平穩(wěn)性，避免特定時間尺度的信號受其它尺度的干擾，實現(xiàn)交通信號的在線多尺度分析。
　　2.構建

5、了計及不確定性因素的在線預測算法:借助平穩(wěn)的趨勢分量并在其上應用ARMA算法實現(xiàn)單個典型趨勢的預測，在此基礎上考慮不確定因素影響，采用蒙特卡羅方法抽取趨勢不穩(wěn)定段上、下探細節(jié)波的隨機組合，構建包含多條預測線的可能趨勢集，形成預測值區(qū)間，并與實測值和確定性趨勢預測方法比較，驗證了方法的有效性。
　　3.構建了計及時間、空間相關性及不確定性的擁堵判別指標及方法:基于交通參數(shù)軌跡構建了擁堵判別指標，和可應用于概率預測結果的擁堵概率判別指

6、標;闡述了交通流在網(wǎng)絡擁堵中的時空分布特性，并建立了擴展相關性指標及算法，使交通流的時空相關性可被詳細分析，提出考慮相關性的擁堵判別方法，可用于相鄰道路的在線擁堵預警;提出了區(qū)域相關性集聚度指標及擁堵關聯(lián)區(qū)域判別方法，將目標路網(wǎng)分割為少數(shù)幾個交通狀態(tài)相對獨立的區(qū)域，實現(xiàn)具有參數(shù)相關性的路段或區(qū)域的聚類，有利于縮小復雜路網(wǎng)交通控制研究的問題規(guī)模。
　　4.構建了動態(tài)交通分配模型的在線參數(shù)估計方法:在根據(jù)區(qū)域相關性集聚度劃分的多個網(wǎng)絡

7、分區(qū)上，建立了用于動態(tài)交通分配模型參數(shù)估計的迭代搜索算法，通過動態(tài)O-D參數(shù)的攝動逐步降低各區(qū)主導道路的仿真與實測結果的誤差，產(chǎn)生與交通規(guī)律相符合的動態(tài)交通分配模型。
　　5.提出了計及參數(shù)預測不確定性的緩堵誘導優(yōu)化策略的生成框架:建立了系統(tǒng)最優(yōu)的誘導優(yōu)化目標和開環(huán)交通仿真模型，以概率預測數(shù)據(jù)作為邊界條件，來約束仿真參數(shù)的動態(tài)變化;基于目標函數(shù)變化量關于誘導策略攝動量的靈敏度構建了緩堵誘導措施的智能優(yōu)化算法，在道路速度預測值區(qū)間內

8、攝動未來路況的誘導值，并推導出道路速度的變化量，利用擁堵概率閾值作為優(yōu)化約束條件篩選出可行解。算例表明，基于該算法自動搜索到的結果與實際緩堵經(jīng)驗相吻合。
　　6.構建了滿足動態(tài)性、交互性、開放性和可擴展性要求的交通擁堵動態(tài)仿真平臺:將圍繞交通擁堵的分析、判別、預測、誘導控制優(yōu)化等技術通過先進軟件技術整合為一體，設計仿真組件，實現(xiàn)對道路交通擁堵與誘導的仿真模擬;并集成GIS及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，成功實現(xiàn)交通類采集、分析、決策支持數(shù)據(jù)的存儲、