突发灾害下交通控制与VMS协同技术

估计了可变信息板(VMS)的影响范围,构建了交通控制与VMS的协同一体化模型。通过VMS影响驾驶人的出行路径选择行为,引导路网交通流向最优交通流分布模式发展。通过交通控制调整交叉口信号参数,实现路网交通流的截流与分流,最终形成路网交通流最优交通分布模式。采用Frank-Wolfe均衡分配和遗传算法相结合对模型进行优化求解,利用Paramics API开发模型和算法。以Paramics软件为仿真平台,以山东省淄博市淄博新区为模拟路网,在路网突发灾害下对模型和算法进行了验证。验证结果表明:路网饱和度越大,构建的模型相对于Synchro模型,提高路网交通流运行性能指标的效果越明显,促进路网交通流稳定性的能力越强,越能均衡分配路网负载。当受灾交通流疏散完成80%,路网连线饱和度分别为不大于0.8,大于0.8且不大于1.0,大于1.0时,相比Synchro模型,构建模型的受灾交通流疏散时间分别减少11.55、21.84、25.64min,疏散速度分别提高25.98%、31.83%、20.16%。     

最小安全间距约束下拥挤交通流速度-密度关系模型

根据交通拥挤状态下交通流速度与密度一致性变化的特点,分析了拥挤交通流的平均车间时距为定值的原因,并结合最小安全间距约束提出了交通拥挤状态下的速度-密度关系模型。研究了驾驶人的平均反应时间和交通拥挤状态下的最小车间时距的关系,对速度-密度关系模型的反应时间进行参数标定。分析了不同车辆长度、阻塞停车间距和反应时间下的速度-密度关系,利用提出的速度-密度关系模型、Greenshields模型、Greenberg模型、Underwood模型、Northwest模型、Edie模型对美国US-101、I-80两条高速公路的交通数据进行拟合,得到了拟合结果和绝对误差。分析结果表明:提出的速度-密度关系模型能够从理论上解释交通拥挤状态下速度与密度的变化关系和速度-密度数据的离散现象;和其他模型相比,提出的速度-密度关系模型在拟合2条高速公路交通数据时的绝对误差最小,分别为4.91、7.50veh·km-1。基于最小安全间距约束的速度-密度模型刻画了拥挤交通流的本质特征,且对现实数据能够取得更好的拟合效果。     

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通过对城市交通路网的交通信号控制方法的综述,为管理人员决策、科研和工程技术人员的研究开发提供有价值的参考依据。中国城市交通系统独具特色,交通路网包括街区路网,又包括快速路、并通过出入口匝道与街区路网耦合在一起,路网上的交通流包括机动车、自行车和行人的混合交通流。因此,城市交通控制系统是一个复杂的非线性大系统,为交通信号控制方法提出了很多新的问题和挑战。本文详细分析了街区路网、快速路网交通信号控制方法的研究进展,以及突发性交通拥挤的管理方面的现状和发展趋势。     

基于3GS技术的高速公路交通监控系统研究

基于3GS（GPS，GIS，GPRS）技术提出了一种具有高速公路全线交通监控系统的设计方案，对该系统的功能、物理框架和逻辑框架进行了设计。重点分析了基于3GS的交通信息采集技术、基于人工智能的交通信息处理技术、交通拥挤判别与交通事件检测技术以及交通控制与诱导技术等交通状态监控的关键技术。研究表明：以3GS技术为手段，可以实时、准确、全面、直观地采集、传输与显示全路网的交通运行状况信息，能够实现快速、准确地判定交通拥挤和交通事件的发生以及交通拥挤类型、拥挤状态和拥挤排队长度，能够对拥挤条件下的交通流实行有效地控制与诱导。     

与交通控制协同的交通流准均衡分配模型研究

本文从路网均衡最优的角度，考虑交叉口交通信号控制对交通流的阻滞延误，建立了以路网总出行时间最小为目标的交通流均衡分配方程。通过引入拥挤度的概念，提出一个准均衡分配算法，算法不苛求能在一个问隔内使混乱交通流趋于平稳，而是在一定交通需求下，根据路段的运行状况（拥挤度），加载或卸载路段交通量，并考虑驾驶员出行特性，优化交叉口最佳信号配时，使交通流在不断反馈与不断调整过程中达到最优。     

基于交叉口重要度深度搜索的区域信号协调控制方法

城市路网规模的不断扩大,给城市交通控制系统带来严峻的挑战.本文对交叉口之间的交通关联关系及表征交叉口关联性的交通流参数进行了分析,从而明确路网的拓扑结构,建立了以路网拓扑结构为基础的交叉口重要度估计模型,并根据有向深度搜索算法设计了区域信号协调优化方法.该方法从全局的角度建立了一种均衡疏导路网交通流的信号协调控制方法.最后将本文提出的方法与Synchro7优化出的控制方案对比,利用微观仿真软件SUMO进行控制效益评价,仿真结果表明,本文的方法可以有效提高信号控制效益.     

城市快速路交通拥挤识别方法

为了从海量动态交通数据中快速识别路网中存在的交通拥挤,通过分析拥挤的特征模式和各种数据挖掘技术的特点后,设计了一种适用于城市快速路的交通拥挤自动识别方法。该方法将占有率、速度和流量三个基础交通流参数进行组合得到新的特征变量,运用优化的多层前馈神经网络模型对特征变量进行处理来判断是否有拥挤发生,通过分析模型输出结果的变化趋势区分常发性拥挤和偶发性拥挤。模拟数据和实测数据对比结果表明,该方法可以识别城市快速路上发生的交通拥挤,具有良好的实用性。     

基于BP神经网络的Q-学习可变限速控制对拥堵路段交通流的优化

为提高可变限速(variable speed limits,VSL)控制对高速公路交通流的控制效能,提出一种连续状态下BP神经网络的Q-学习VSL控制方法。以路网总通行时间、路段内平均速度、平均密度和平均流量为评价指标,应用VISSIM4.30与MATLAB软件对比分析采用与不采用BP神经网络的Q-学习VSL控制时,入口匝道和主线合流区域附近潜在拥堵路段对交通流的影响。结果表明,基于BP神经网络的Q-学习型VSL控制方法对主线瓶颈区域上游易拥堵路段的交通流有明显的优化作用。     

实时自适应交通信号控制优化理论模型

通过对交叉路口交通流到达和排队延误规律的研究,提出了一种新的交通信号控制理论,此理论把交通延误和停车次数综合为一个性能指标,称为PI值,建立了以PI值最小为目标的交通信号配时优化理论模型,该信号配时方法与通常采用的单点自适应信号控制方法的区别在于不但考虑了交通延误,而且考虑了停车次数,实现对交通延误和停车次数两个指标的优化,从而保证了以车队形式到达的交通流可以不间断地通过交叉路口,由于以实时交通流的到达规律为依据进行信号优化配时,因此,该信号配时优化模型又是实时自适应交通信号控制优化模型。     

高速公路交通事件线性模型及车流波分析

高速公路由于交通事件的发生导致正常交通流发生改变,为了消散车流拥挤或阻塞,减少排队延误,应采取一定干预措施。运用流体力学车流波理论,分析了交通事件和干预措施综作用下对车流状态的影响,建立了关于车速与交通密度线性模型下的车流波波速模型,这些模型为有效确定事件处理方案,尽快消除拥挤或阻塞提供了理论依据。     

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突发事故及其所造成的非重复性拥堵会对城市交通系统正常运行有重大影响,其造成的拥堵传播会使得拥堵区域内的大量路段瘫痪.因此研究缓解突发事故下交通拥堵的策略具有十分重要的意义.本文研究突发事故下先进的交通信息系统策略设计问题.建立了ATIS策略设计的双层规划模型,上层目标从交通管理者的角度追求出行者的系统总阻抗与交通信息运营成本最小化,下层描述在ATIS作用下出行者的动态路径选择行为,并通过元胞传输模型仿真拥堵的传播与路段上车辆的走行.提出了基于遗传算法的求解方法.算例结果表明,优化的ATIS策略能够有效地缓解突发事故所导致的交通拥堵,提高交通网络的系统性能.     

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为了及时发现和预警城市交通高峰时期的偶发事件,研究了态势监控的城市交通拥堵动态跟踪问题.对交通拥堵的相关属性、变化规律、空间分布以及判别方式等进行综合研究的基础上,分析了道路交通流的非线性动力学特征,建立了基于时空分布的路网交通拥堵态势监控的动态预警模型,提出了解决城市路网交通拥堵的方法,达到了充分利用交通资源、疏导交通、缓解交通拥堵的目的.该模型在对占有率、速度、流量三个基本交通流参数进行处理获得新的交通拥挤判别指标基础上,通过形态识别模型对拥堵状态进行判定.实例分析表明,该模型为缓解城市交通拥堵问题、提高城市交通管理水平、改善道路交通安全形势等具有重要的理论意义和应用价值.     

基于复杂网络的城市交通拥塞因子风险传播机理及其应用研究

为了解城市交通拥塞因子风险传播特性,提升拥塞风险控制能力,依据昆明市路网拥塞实际调查数据,利用Pearson相关系数分析风险影响因子间的相关性,构建交通拥塞因子风险复杂网络。通过软件gephi0.9.2计算复杂网络各指标,验证网络的可行性和适用性。计算网络节点的相关指标进而引入网络节点重要度 k 的概念,据此将网络节点划分为核心节点、一般节点和边缘节点,同时引入直接免疫率 ρ 共同构建风险传播模型。对筛选出的核心节点进行直接免疫控制,免疫概率 ρ 分别取0.028,0.056,0.112后计算分析可知,免疫概率 ρ 取值基本与感染节点峰值比例值成反比。结果显示,识别出网络中重要度较大的节点并进行免疫控制后,交通拥塞因子风险的传播规模和传播速率将得到较好控制,对现实生活中治理城市道路路网交通拥塞有较好的指导意义。     

基于双层规划的城市交通拥塞疏导优化研究

为研究城市路网区域信号控制下的交通子区划分及交通拥塞疏导优化问题,明确交通拥 塞控制子区划分影响因素并建立相邻交叉口关联度模型,将拥塞控制区域划分为“疏散区”“平衡 区”。考虑“疏散区”“平衡区”不同的优化目标构建城市路网交通拥塞疏导优化双层规划模型,并 以昆明市部分城市路网作为实验对象,通过仿真将实际控制方案与本文模型计算方案的控制效 果进行对比,以此验证模型的适用性和有效性。仿真结果表明：除两个方案的平均停车次数优化 效果一般以外,其他控制效果指标均具有很大的优化提升,其中车辆平均延误时间降低了7.7 s, 重度拥塞里程比例下降了10.1%,路网车辆占有率下降了14.1%。综上可知,本文的疏导优化模 型控制可快速疏导和有效缓解交通拥塞,模型具有良好的有效性,可为路网交通拥塞分区治理及 疏导控制提供参考。     

基于数据包络分析的单向交通网络运行效率评价

为了缓解交通拥堵和提高单向交通网络的运行效率,建立了基于数据包络分析法的评价模型并对其影响因素进行分析。首先确定了单向交通网络的运行效率评价指标,然后将路网结构和路网运行状况分别作为输入与输出变量建立了评价模型,选择路网级配水平、非直线系数、路网密度等指标作为投入指标层,路网平均饱和度和车辆绕行时间作为产出指标层。基于该运行效率评价模型对南京市某街区的单向交通网络运行效率进行分析,发现所提供的组织方案可实现该路网运行效率最优。最后,通过Vissim 数据显示功能对评价模型的有效性进行了验证。案例研究结果表明,采用Z形和C形走向的交通组织方案可使模型的运行效率达到最佳;适当提高支路网密度可使区域单向交通组织得以有效优化。     

路径信息诱导的双层规划模型

为了缓解交通拥堵与提高路网运行效率,建立了路径诱导信息的双层规划模型。上层模型描述信息发布者通过交通诱导信息发布手段优化路网层面的性能函数,下层模型采用效用函数描述驾驶员最优路径选择行为,其决策变量为交通信息类型,从而将交通信息对于驾驶员路径选择行为的影响引入模型中。利用极点搜索算法对一个简单路网的双层规划模型进行算例分析,得出了各种交通信息条件下上层目标函数值。虽然计算结果存在8%~13%的波动范围,但交通拥堵时发布的拥堵消散信息是最优方案,定性信息带来的总体效益要好于指示信息,因此,该模型可行。     

基于遗传算法的神经网络在道路收费中的应用

道路拥挤收费被认为是城市交通管理和控制的一个有效方法,国内外不少学者提出了模型和相应的计算方法。文章根据弹性需求下的拥挤收费模型,利用BP神经网络算法模拟路段流量和路段收费之间的对应关系,并在神经网络的训练过程中引入遗传算法,加速神经网络的全局收敛。通过训练后的神经网络制定收费,可以使得各路段流量基本达到最优路段流量的要求,并通过实例证明了该算法的有效性。     

基于宏观基本图的相邻子区协调控制方法

为了提升道路网整体运行效益,克服针对单个控制子区的最优化控制可能造 成的拥堵转移,本研究基于宏观基本图的概念,建立控制子区间驶入驶出交通量的协调 控制模型.该模型以两个相邻控制子区为对象,考虑各子区自身宏观基本图特征及交通量 流入流出关系.在运用博弈论对其相互作用进行描述的基础上,提出了一种以两个子区整 体运行效益最大化为目标的博弈控制逻辑及其求解流程.通过VS2010 对所建立的博弈进 行仿真,验证了模型的可行性及控制效果.研究表明,不同的控制策略对相邻小区的运行 水平（收益）会造成不同的影响,但经多次博弈后,两相邻控制子区整体运行状况可稳定 在一个最佳水平.博弈结果显示路网容量相对较小的控制子区更应受到保护,当内部车辆 数达到最佳车辆数时应对其进行流入限制.     

考虑边界条件不确定性的城市交通拥塞风险分布迁移规律研究

为分析交通联通边界(交通量、交通扩散系数)对特定城市研究区域内交通拥塞迁移规律的影响机理。本文从新的角度考虑城市交通拥塞风险分布迁移规律，将污染质迁移数值模拟模型运用到城市道路交通拥塞风险迁移中。首先对贵阳某区域2020年6~7月的城市交通调查数据及爬取的部分高德地图数据进行处理，并将研究区域以交通联通边界、交通隔断边界、区域分区边界划分为区域1和区域2。在此基础上考虑交通联通边界并建立基于城市交通拥塞风险分布及迁移数值替代模型，并运用Monte Carlo方法对贵阳某研究区域的输入输出结果进行统计分析，并将实际路网数据值输入替代模型，将结果与路网真实情况和高德地图情况进行对比，所建立模型 的预测精度比高德地图高3.7%，且模拟交通拥塞风险迁移规律较高。结果表明，交通联通边界对城市交通拥塞迁移数值模拟模型预报有很大影响，统计分析研究区域模拟模型的结果，可以有效评估不同交通联通边界条件对研究区域交通拥塞风险分布情况和准确预报研究区域内遭受不同 交通拥塞程度的风险。综上可知，本文建立的模型能高效精准分析城市交通拥塞的风险分布迁移规律，可为城市路网分区分段分点治理交通拥塞提供新的参考。     

城市路网交通拥堵H-Fuzzy评判方法研究

根据城市路网交通拥堵的空间分布特点将路网交通拥堵划分为路段拥堵和交叉口拥堵,参考城市道路和交叉口服务水平的划分标准将路网交通拥堵度划分为堵塞、拥堵、较拥堵、较畅通、畅通5个等级,选取了路网交通拥堵的判定指标,运用层次分析法建立了路网交通拥堵的二级评判指标体系及相应的H-Fuzzy综合模糊评判模型,最后对一典型路网交通拥堵状况进行了判定,研究成果对于评估城市交通网络拥堵提供了一种有效的定量分析方法。