面向路網(wǎng)運(yùn)行管理的異構(gòu)傳感網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、高速公路網(wǎng)是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、服務(wù)百姓出行、保障國防安全的戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，截至2014年底，我國高速公路通車總里程接近11.2萬公里，基本達(dá)到了規(guī)劃的高速公路網(wǎng)規(guī)模，承擔(dān)了全國公路30％以上的客貨周轉(zhuǎn)量。與此同時(shí)，百姓安全、便捷機(jī)動(dòng)化出行體驗(yàn)、跨區(qū)域出行服務(wù)、極端惡劣氣象頻發(fā)等對(duì)大范圍路網(wǎng)的管理與服務(wù)提出了更高的要求，從建設(shè)管理到面向路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、應(yīng)急處置與服務(wù)的路網(wǎng)運(yùn)行管理成為了必然選擇。為實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)運(yùn)行管理的功能，發(fā)揮區(qū)域路網(wǎng)的綜合運(yùn)輸

2、潛力、改善跨區(qū)域大范圍服務(wù)體驗(yàn)并提升突發(fā)狀態(tài)的協(xié)同處置能力，路網(wǎng)運(yùn)行管理部門需要:1）做好監(jiān)測體系規(guī)劃，可靠地估計(jì)和預(yù)測網(wǎng)絡(luò)范圍動(dòng)態(tài)交通狀態(tài);2）做好路網(wǎng)管控體系設(shè)計(jì)，應(yīng)急情況下，實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程疏導(dǎo)、近處分流、關(guān)鍵點(diǎn)段現(xiàn)場控制”的協(xié)同調(diào)度策略;3）綜合利用車載和路側(cè)信息服務(wù)設(shè)施，提供高效信息服務(wù)。由此可見，更好地適應(yīng)區(qū)域路網(wǎng)管控、應(yīng)急處置和公眾服務(wù)的傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)成為當(dāng)前亟待解決的問題。
　　與此同時(shí)，隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)

3、測方面對(duì)斷面交通流檢測設(shè)備的依賴程度有所降低。隨著全國高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)系統(tǒng)的建成，以專用短程通信技術(shù)(Dedicated Short Range Communication，DSRC)為代表的高速公路車路交互平臺(tái)得到了快速發(fā)展;隨著無人機(jī)技術(shù)的日趨成熟和低空領(lǐng)域的逐漸開放，以無人機(jī)為代表的移動(dòng)傳感技術(shù)在交通管理中取得了一定的應(yīng)用。本論文研究的主要目的是以路網(wǎng)運(yùn)行管理需求為切入點(diǎn)，融合新一代的交通運(yùn)行監(jiān)測技術(shù)，協(xié)同布設(shè)多源異構(gòu)傳感器

4、，為路網(wǎng)協(xié)同管控、公眾出行服務(wù)提供更可靠的信息。
　　本論文以最優(yōu)化理論和交通分配理論為基礎(chǔ)，以路網(wǎng)管控和服務(wù)能力優(yōu)化提升為目標(biāo)，研究了基于均衡配流的關(guān)鍵路段辨識(shí)方法，提出了路網(wǎng)可觀可控性的DSRC網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)檢測的無人機(jī)動(dòng)態(tài)路線規(guī)劃模型。主要研究成果包括:
　　(1)開展多源異構(gòu)傳感裝備的適用性分析。分析路網(wǎng)運(yùn)行管理主要需求及監(jiān)測要素，分析多源異構(gòu)監(jiān)測裝備檢測參數(shù)類型、數(shù)據(jù)質(zhì)量、成本，及其對(duì)路網(wǎng)

5、運(yùn)行管理需求的適用性，為傳感器的布局優(yōu)化及多源異構(gòu)傳感網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計(jì)奠定基石出。
　　(2)開展基于均衡配流的路網(wǎng)關(guān)鍵路段集辨識(shí)研究。綜合考慮路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通需求、出行行為特征等多方面因素，針對(duì)多路段失效的聯(lián)合效應(yīng)，提出了基于K-短路徑和用戶均衡配流的公路網(wǎng)關(guān)鍵路段評(píng)估方法，構(gòu)建了路段失效概率分布的關(guān)鍵路段集辨識(shí)模型;進(jìn)一步針對(duì)路段抗毀性，以救援恢復(fù)成本為約束，構(gòu)建了基于路段能力可恢復(fù)性的關(guān)鍵路段集辨識(shí)模型;并在不同網(wǎng)絡(luò)上驗(yàn)證了模型的

6、有效性和可行性。
　　(3)開展面向路網(wǎng)可觀可控性的DSRC網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。具有雙向通信特征的DSRC路側(cè)設(shè)備，可同步實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行狀態(tài)信息的獲取和誘導(dǎo)信息的發(fā)布功能。本論文針對(duì)高速公路網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測與管控需求，提出了路網(wǎng)可觀性、可控性框架模型;以建設(shè)成本為約束條件，構(gòu)建了最小化路網(wǎng)旅行時(shí)間不確定性及最小化系統(tǒng)總旅行時(shí)間為目標(biāo)的可觀、可控性優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)范圍內(nèi)DSRC網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化布局;利用高速公路通道對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
　

7、　(4)開展面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)檢測的無人機(jī)動(dòng)態(tài)路線規(guī)劃模型研究。針對(duì)突發(fā)事件快速監(jiān)測以及日常巡查需求，考慮路網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及事件的時(shí)空擴(kuò)散性，本論文引入時(shí)空地理框架，以最小化無人機(jī)和固定傳感器在時(shí)空網(wǎng)絡(luò)上的事件延誤檢測成本為目標(biāo)，以無人機(jī)飛行成本和固定傳感器建設(shè)費(fèi)用為約束，提出了融合固定傳感器的無人機(jī)路線動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型;針對(duì)固定交通流傳感器已知和未知兩種情況，分別構(gòu)建了拉格朗日松弛算法，其中，固定交通流傳感器已知情況下，將模型簡化為經(jīng)典