基于灰理論的短時交通流動力學建模預測與優(yōu)化研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，交通問題已成為困擾世界各國人民的重大難題。智能交通系統(tǒng)ITS被認為是緩解道路交通問題的有效方法之一，而道路短時交通流分析又是智能交通系統(tǒng)的核心內(nèi)容。因此，研究有效的短時交通流建模理論與方法具有重要理論意義和實用價值。所謂交通流理論就是運用數(shù)學和力學定律研究道路交通流運行規(guī)律的理論。短時交通流系統(tǒng)與流體系統(tǒng)有很大程度的相似性且具有基本動力學特性，同時又具有高度不確定性，人們很難準確把握系統(tǒng)中影響

2、因素的作用范圍和機制，屬于貧信息;如果采集交通流的時間間隔取為5分鐘，則一小時內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)僅12組，屬于小樣本數(shù)據(jù)。因此，用處理少數(shù)據(jù)、貧信息系統(tǒng)的灰理論來研究具有動力學特性的短時交通流系統(tǒng)是合理可行的。本文主要基于灰理論對短時交通流動力學系統(tǒng)進行建模預測和優(yōu)化。
　　為了解交通流動力學的運行機理，首先分析交通流系統(tǒng)的三個基本動力學特性:連續(xù)性、黏性和可壓縮性。研究發(fā)現(xiàn):車輛行駛行為會對鄰近車輛產(chǎn)生影響且會傳遞到整個交通流系統(tǒng)，由

3、于交通流系統(tǒng)受粘滯力的作用使得這種影響需要一定的傳遞時間，這就表現(xiàn)為交通流系統(tǒng)的延遲效應;由于交通流系統(tǒng)受壓力的作用使得整個系統(tǒng)復雜多變且呈現(xiàn)出非線性現(xiàn)象。
　　基于交通流系統(tǒng)灰色特征和經(jīng)典灰理論建立灰色交通流動力學模型，并對灰色交通流動力學模型的建模機理展開研究。首先用矩陣分析的思想將模型參數(shù)估計式中的系數(shù)矩陣B分離為與累加生成、背景值、初等變化有關的三個矩陣，在此基礎上對經(jīng)典灰色模型進行推廣得到拓廣模型;再具體研究拓廣模型中三

4、個矩陣變化對模型參數(shù)求解及模型精度的影響，最后對拓廣模型進行優(yōu)化。
　　根據(jù)實際交通流序列的三類不同特征，利用灰理論建立相應的交通流動力學模型。對具有非線性特性的交通流序列，建立灰色非線性交通流動力學模型GM(1，1，r)，對模型解的曲線特征進行分析，并討論解的趨勢變化;對具有延遲效應的交通流序列，建立灰色延遲交通流動力學模型GM(1，1，τ)，利用交通流系統(tǒng)中三參數(shù)關系確定系統(tǒng)延遲時間，并分析模型的相關性質;對具有非線性和延遲效

5、應的多斷面交通流序列，建立灰色多變量延遲非線性交通流動力學模型MGM(1，N|τ，r)，利用灰關聯(lián)分析選取影響作用較大的幾個變量，通過在MGM(1，N)模型中引入非線性因子和延遲因子建立模型，并用粒子群搜索最優(yōu)的非線性因子和延遲因子。
　　為更好地了解交通流動力學系統(tǒng)，對該系統(tǒng)相關決策、優(yōu)化和控制問題展開研究。針對交通流系統(tǒng)中道路使用者的決策問題，提出基于二元語義一致性的混合多屬性灰關聯(lián)決策方法，給出二元語義一致性轉化方法;針對交