基于Petri網(wǎng)的城市交通網(wǎng)絡(luò)建模及最優(yōu)路徑算法研究.pdf

1、近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人們的生活水平逐漸提高，我國(guó)大中城市的機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增長(zhǎng)。由此帶來的交通擁堵、交通事故、能源損耗、環(huán)境污染等一系列交通問題嚴(yán)重制約城市的發(fā)展、影響人們的生活質(zhì)量。采用智能交通系統(tǒng)是解決城市交通問題的最有效方法。動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃是智能交通系統(tǒng)中最核心的一部分。本文研究的目的是結(jié)合道路實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)路徑尋優(yōu)。
　　現(xiàn)有的關(guān)于城市交通系統(tǒng)建模的研究各自有其針對(duì)性，但均不適用于顧及轉(zhuǎn)向時(shí)間的動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)問

2、題，故而有必要對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行合理建模。對(duì)動(dòng)態(tài)路網(wǎng)權(quán)值的標(biāo)定是構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)模型過程中很關(guān)鍵的一步。目前關(guān)于路段權(quán)值的計(jì)算常用的方法存在弊端：模型正確性的驗(yàn)證所需時(shí)間較長(zhǎng)或所得結(jié)果不具備通用性。本文以符合我國(guó)城市交通特征的格林伯格v-k關(guān)系模型為基礎(chǔ)進(jìn)行推導(dǎo)和曲線擬合得到動(dòng)態(tài)路權(quán)新公式。現(xiàn)有的最優(yōu)路徑算法研究大多針對(duì)有向網(wǎng)絡(luò)，而現(xiàn)實(shí)交通網(wǎng)絡(luò)中多數(shù)路段雙向通行。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時(shí)，無向圖向有向圖的轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)換后網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大會(huì)導(dǎo)致問題求

3、解的復(fù)雜度急劇增加。基于Petri網(wǎng)的方法較傳統(tǒng)直接計(jì)算路長(zhǎng)而言，更為直觀和方便，且目前極少見到有利用Petri網(wǎng)來求解顧及轉(zhuǎn)向時(shí)間的最短路問題的研究。因此本文針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雙向通行城市交通網(wǎng)絡(luò)，提出了基于Petri網(wǎng)的顧及轉(zhuǎn)向時(shí)間的最優(yōu)路徑智能搜索算法。
　　對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下路徑規(guī)劃問題的研究具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義：能夠改善現(xiàn)有算法的不足，結(jié)合實(shí)時(shí)信息，動(dòng)態(tài)尋優(yōu)，為先進(jìn)的道路交通管理系統(tǒng)和道路交通信息系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)和理論

4、指導(dǎo)；有助于緩解城市局部交通擁擠狀況、降低出行成本、提高運(yùn)作效率、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染、降低交通事故發(fā)生率等。在我國(guó)盡快開展動(dòng)態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的研究具有極大的應(yīng)用價(jià)值和極強(qiáng)的研究意義。
　　綜上所述，本文圍繞與路徑規(guī)劃相關(guān)的城市交通網(wǎng)絡(luò)建模、道路權(quán)重標(biāo)定、最優(yōu)路徑算法三個(gè)問題進(jìn)行研究：
　　(1)采用層次化的建模方法對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Petri網(wǎng)建模，首先建立整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的大框架模型，然后將所建立的信號(hào)控制十字交叉口的兩個(gè)層

5、次模型組合得到十字交叉口的細(xì)化模型，在層次模型中體現(xiàn)了交通流中車輛在道路交叉口處的具體轉(zhuǎn)向行為，并在其中引入了表示車輛轉(zhuǎn)向時(shí)間的時(shí)延因素，能更加真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)交通狀況。
　　(2)當(dāng)確定以最短出行時(shí)間為最優(yōu)目標(biāo)后，著重對(duì)在模型中表現(xiàn)為路網(wǎng)權(quán)重的交通阻抗進(jìn)行了分析，路段阻抗部分通過一系列推導(dǎo)和曲線擬合最終得到了適用于我國(guó)城市動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)的路阻公式，節(jié)點(diǎn)阻抗部分根據(jù)車流的集散波理論計(jì)算了車輛位于交叉口處的轉(zhuǎn)向延誤時(shí)間。
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