城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)評估及控制策略研究.pdf

1、目前，城市交通擁堵已經(jīng)成為一個普遍存在的國際性難題，控制和緩解交通擁堵是城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。然而，人們對城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)的認(rèn)識始終缺乏充分的、準(zhǔn)確的、全面的估計和把握，使得交通控制和緩解措施存在一定的盲目性。而城市交通擁堵又是城市交通需求和交通供給之間矛盾的突出表現(xiàn)，因此有必要開展以兩者相互作用為原理的城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)評估的研究(本論文第二三四章)，在此基礎(chǔ)上從不同角度深入探討交通擁堵的特性與傳播規(guī)律(本論文第五章)，進(jìn)而提出緩

2、解交通擁堵的控制策略(本論文第六章)。具體來講，本文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　　1.考慮偏差和容量限制的動態(tài)OD估計模型研究
　　實時的交通需求是城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)評估的重要輸入數(shù)據(jù)。為此本文建立了考慮浮動車數(shù)據(jù)和容量限制的廣義最小二乘動態(tài)OD估計模型以及考慮偏差的卡爾曼濾波動態(tài)OD估計模型與算法。通過將估計的或預(yù)測的動態(tài)OD加載到城市交通網(wǎng)絡(luò)，從而對城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行評估或預(yù)測，由此可以對城市交通擁堵進(jìn)行

3、預(yù)判斷，進(jìn)而通過提前發(fā)布誘導(dǎo)信息或制定相應(yīng)的交通擁堵控制策略，發(fā)揮主動交通的作用，防堵于未然。
　　2.大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)實時路徑搜索算法研究
　　在對城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)評估的仿真實現(xiàn)中，每輛車都必須沿著特定的路徑從其當(dāng)前位置移動到其目的地。因此核心問題之一就是如何保證仿真系統(tǒng)高效的在線運行，減少計算量，并快速有效的產(chǎn)生路徑與存儲。本文提出了新的有效路徑產(chǎn)生與存儲的設(shè)計思想，給出了大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)有效路徑的產(chǎn)生算法，并設(shè)計了支持

4、海量路徑數(shù)據(jù)的存儲及高效檢索的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。算法充分利用有效路徑的遞歸特性，降低問題的規(guī)模，實現(xiàn)了較小空間花費下的海量路徑隨機查詢。提高了大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)中實時路徑搜索和產(chǎn)生問題的計算速度，節(jié)省了計算機存儲資源。
　　3.基于改進(jìn)交通流模型的系統(tǒng)運行狀態(tài)評估研究
　　本文采用道路交通流和網(wǎng)絡(luò)交通流相結(jié)合的方法，綜合應(yīng)用解析和仿真手段探討城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)的評估。詳細(xì)介紹了以需求仿真和供給仿真的交互作用為原理的城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)

5、評估的基礎(chǔ)理論。改進(jìn)了作為核心內(nèi)容的交通流模型，設(shè)計了詳細(xì)的城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)評估的仿真流程，提出了保證交通流模型各向異性的處理方法，從而構(gòu)建了可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)平臺，為較準(zhǔn)確的進(jìn)行城市交通系統(tǒng)的運行狀態(tài)評估提供了理論方法。
　　4.基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交通擁堵復(fù)雜特性研究
　　為了深刻理解城市交通擁堵的復(fù)雜機理和特性，本文基于復(fù)雜性理論研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對城市交通擁堵的傳播規(guī)律及其復(fù)雜特性的影響，分析了網(wǎng)絡(luò)上的交通動力學(xué)特

6、性。仿真結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)中介數(shù)較大邊上容易發(fā)生交通擁堵，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對城市交通擁堵及其傳播具有較大的影響，結(jié)論有助于制定消除交通擁堵的有效控制策略以及提出交通規(guī)劃的合理方案。針對規(guī)則網(wǎng)絡(luò)利用雙向格子網(wǎng)絡(luò)上事故引發(fā)的交通擁堵，研究了其形成與消散過程，并以網(wǎng)絡(luò)中各條路段上的平均流量、密度、速度為指標(biāo)進(jìn)行了交通網(wǎng)絡(luò)擁堵狀況的評價與分析。5.交通擁堵控制預(yù)防策略研究
　　本文針對事故條件下雙向格子網(wǎng)絡(luò)上的交通擁堵問題，提出了樹控信息反饋策略

7、(Tree Control Feedback Strategy，簡稱TCFS)，同時提出了緩解常規(guī)性交通擁堵的預(yù)測信息誘導(dǎo)策略和區(qū)域信號優(yōu)化控制策略。其中，信號優(yōu)化控制策略利用雙層規(guī)劃的思想，針對一般性的交通網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)中車輛的平均旅行延誤、隊列長度、和交叉口通過量等指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)建立了區(qū)域網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化模型，并設(shè)計了同時擾動隨機近似(Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation，