行驶车辆拥堵测算法的研究及应用

随着城市发展及车辆增加,交通拥堵现象越来越严重。特别是上下班期间通勤时间会延长,不但消耗人们大量时间,还造成交通成本升高,环境污染严重。通过研究车辆拥堵测算法来预知车辆拥堵信息,结合雷达测速技术及ITS(Intelligent Transportation Systems,ITS)信息技术,把车辆拥堵信息及时发布,让可回避拥堵车辆的出行者提前做出正确的选择出行方式。     

基于数据驱动的城市快速路段拥堵状态辨识及诱导对象选择方法

交通诱导实施效果不佳的主要原因之一是具有差异性出行特征的出行者无法接受单一的诱导方案。针对城市快速路高峰时段拥堵问题, 研究了考虑车辆出行特征差异的交通诱导对象精准识别方法, 以保障诱导方案的实施效果。利用高德路况数据提取拥堵路段, 根据拥堵路段与相邻路段交通状态的相关性提出拥堵源路段识别方法; 利用车牌识别数据提取使用快速路车辆的出行特征, 包括快速路出行强度、地面道路出行强度、快速路出发时刻离散度和快速路路径选择多样性; 采用K-means++算法对车辆出行特征进行聚类, 识别出显著影响道路交通状态的出行者, 并为出行者推荐适合其出行特征的错峰或绕行诱导方案。以苏州快速路为例, 研究发现: 针对拥堵源路段的交通诱导能有效改善拥堵路段的交通状态; 类型3车辆(高频出行且易绕行)占单月工作日早高峰所有使用快速路车辆总数的14%, 却占单日早高峰总交通量的51%, 是重点诱导对象; 通过精准识别, 可推荐诱导车辆数占总车辆数的47%。      

智能车载交通信息系统及其动态传播效果分析

为解决集中式道路交通信息系统存在的系统建设资金投入大、建设周期长、数据处理过于集中、应对严重突发灾害能力不足等相关问题,论文对基于车车通信方式的分布式交通信息系统进行了深入研究,改善和构建了基于VANET实现路网交通拥堵信息自主采集与动态传播功能的新型交通信息系统(IVTIS)模式及相关模型,进而通过交通仿真软件Vissim的二次开发,对交通拥堵信息自主采集、融合、传播及路网拥堵信息自动生成与动态更新模型等,进行了不同车流量及信息发布间隔情形下交通拥堵信息传播效果的综合仿真.通过对路网交通拥堵信息的车辆接收率、最短传播时间及最大传播速率等评价指标的综合分析与比较评价,结果显示IVTIS系统模式及相关模型基本合理,其在路网拥堵信息的自主采集、动态传播及其路网覆盖效果方面显示出较好的整体效果.      

可获知偶发拥堵持续时间的动态车辆路径问题

考虑真实交通路网,探讨了可获知偶发拥堵持续时间的动态车辆路径问题.在利用改进的Dijksta算法将路段行驶时间转化为客户点间最短行驶时间的基础上,根据常发拥堵信息,通过遗传算法安排车辆初始配送路径,根据实时获知的偶发拥堵因素影响下的路段行驶时间和其持续时间,以2-opt和insertion方法更新车辆配送路径,通过车载导航系统实时指导车辆行驶路线.数值试验表明,该方法可根据偶发拥堵信息更新车辆配送路线,以避开偶发拥堵影响路段,缩短总配送时间0.65~13.18 min;获知偶发拥堵持续时间帮助多节省了配送时间 -0.16~4.17 min.节省的时间随偶发拥堵因素对路网影响的加剧而更显著.      

基于系统最优的路段拥堵收费研究

拥堵收费是交通需求管理的有效措施之一,通过对拥堵路段收费引导和调节交通流量在路网中均衡分配,以缓解交通拥堵。本文以Sioux Falls网络为研究对象,基于系统最优模型,将收费额度转化为时间成本计入路段阻抗中,以系统出行总成本最小为目标函数建立路段拥堵收费下的均衡模型,数值计算结果表明,在无法将交通量转移出境的拥堵区内实施小额收费可以减小出行总成本,随着收费范围的扩大和收费额度的增加,出行总成本将快速升高。     

观测路径出行时间下随机网络交通需求估计

道路网络起讫点（OD）需求是城市决策长期交通规划和短期交通管理中的基础参数,准确的交通需求更是实施交通拥堵控制、限行限速、路径诱导等措施的先决条件。综合运用观测的轨迹已知和未知路径出行时间,建立随机网络交通需求估计双层规划模型。上层广义最小二乘模型最小化历史交通需求与待估交通需求、观测路径出行时间与待估路径出行时间之间的偏差,约束为交通需求、路段流量、路段出行时间与路径出行时间之间的传播关系,通过高斯混合模型（GMM）对其中轨迹未知的观测出行时间依概率聚类。下层为随机网络交通出行均衡模型,分别运用出行时间预算和随机用户均衡处理路网不确定性和出行者感知误差。上、下层之间通过交通需求和OD-路段关联比例进行信息传递。设计迭代算法框架求解双层规划模型,迭代算法包含求解上层模型的最速下降法、求解下层模型的相继平均算法和求解GMM模型的最大期望（EM）算法。通过算例表明轨迹未知的路径出行信息的加入在提升需求估计精度的同时也增大了估计值的方差;设计的迭代算法能够稳定收敛到10^-5的精度;GMM软聚类方法估计的交通需求显著优于硬聚类方法估计的需求值;交通需求值对观测路径出行时间的扰动更加敏感。研究考虑出行者风险态度,通过轨迹信息的重新构建揭示城市交通需求演化规律。     

博弈视角下的交通拥堵机理分析

以出行者和交通管理者作为博弈参与者,将城市交通拥堵问题看作非合作博弈,分析了其形成机理及传播过程;借鉴主从博弈思想,分析了交通拥挤中交通管理者与出行者动态博弈过程;利用鹰鸽博弈理论建立出行者之间抢行模型,对其博弈行为进行了均衡分析;最后从博弈参与人的角度提出了缓解交通拥堵的建议。     

面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法

针对高峰期间常发拥堵点交通需求过大、周边关联交叉口交通负荷分布不均的问题, 研究了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。通过对常发拥堵点的车流进行追踪与溯源, 根据交通量关联度确定信号协调控制范围, 然后基于路径的流量分担率与路段平均饱和度识别信号协调控制范围内的关键路径。基于宏观基本图理论, 考虑关键路径对路网运行状态的影响, 构建边界交叉口主动限流控制模型。同时, 利用元胞传输模型描述交叉口与路段的运行状态, 以关键路径通行能力最大化和进口道饱和度均衡化为信号控制优化目标, 建立均衡路网交通负荷的信号控制优化模型。以武汉市发展大道青年路交叉口以及关联交叉口为对象开展仿真实验, 结果表明: 虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8 s, 但常发拥堵点的车均延误降低了15.7 s; 关键路径的车均延误减少72.6 s, 平均排队长度减少26.1 m。并且, 路网整体的车均延误降低14.7%, 驶出车辆数增加26.6%, 验证了提出方法缓解常发拥堵点交通拥堵的有效性。      

交通信息影响下的动态路径选择模型研究

考虑交通信息对出行者选择出行路径的动态影响,建立一种动态路径选择模型。将不同类型的出行者对路段（路径）运行时间的预测看作不同的随机过程,通过对出行路径上节点的到达时间取期望值,利用一阶近似表达式,研究交通信息对出行者的出行路径选择行为的影响。     

面向常发拥堵点的主动交通诱导方法

基于动态用户均衡、系统最优分配的诱导方法,侧重路网需求的宏观预测和调节,难以准确辨识道路拥堵点的关联车流,制约了诱导效果。为精准调控致堵车流,有效缓解常发性拥堵,研究基于需求溯源的主动交通诱导方法。遵循靶向诱导的思路,分析车辆行驶轨迹和常发拥堵点的交通流关联性,运用卡尔曼滤波对关联车流进行短时预测,在此基础上,结合流量占比、路径饱和度等指标,对诱导目标车流进行优选。同时,从负荷均衡的角度出发,基于路段与路径交通流的时空关联更新路网交通状态,建立以饱和度均衡为目标的主动诱导优化模型。仿真结果表明:相比反应型诱导与基于路径偏好的主动型诱导,所提方法使常发拥堵点的车均延误、停车次数等下降30%~60%,路网车均延误、停车次数等下降10%~15%,模型收敛速度提高,交通效益提升,验证了该方法的有效性。      

基于路段的路径行驶时间分布研究

行程时间可靠性是指通过一天中某一时间段的路径行程时间的一致性.这项研究为出行者提供最佳出发时间,使他们在最大可能性下准点到达目的地.本研究基于自动车辆识别技术收集数据,可直接获取道路网络的行驶时间数据,样本数据全面、充足.为了向出行者提供可靠的出行信息,数据的处理和分析可以通过直方图,PDF和CDF来展示行驶时间的分布情况.本研究基于路段行驶时间的分布,计算路径行驶时间的分布.考虑到复杂且难以直接获取路径行驶时间概率密度分布图,本文采用蒙特卡罗模拟方法从路段行驶时间分布产生可信的路径分布,并将模拟结果与检测到的实际数据进行比较,以验证方法的准确性和可靠性.     

高速公路突发事件救援车辆诱导

为了提升高速公路突发事件应急救援效率,将交通状况、在途潜在风险等信息纳入高速公路突发事件救援车辆诱导研究中,基于实时和时变路网环境下的交通信息,以车辆出行时间最小,路径可靠性最强为目标,构建基于在途时间和路径可靠性的车辆诱导最优化模型。设计一种实时信息和时变信息结合策略,使模型规划路径随路网交通量变化而相应做出阶段性调整,采用滚动时域策略将该动态决策问题转化为一系列离散时间点的静态决策问题,用于计算应急救援路径时间;在此基础上,考虑到高速公路突发事件发生后路网交通事故率升高,同时容易发生拥堵的状况,进一步将救援规划路径可靠性作为决策目标,即应急救援车辆规划路径在面对道路中断或者严重拥堵时是否拥有更多的调整策略,更新救援路径尽快完成救援任务;为了便于量化计算将上述目标转化为统一的价值成本,共同决定救援车辆的行驶路径。研究结果表明：当行驶路段交叉口间距离较长,中间无其他道路连通,行驶过程中由于突发事件破坏趋势蔓延导致道路中断或拥堵等意外发生时,无法更新调整救援路径,最终导致救援延误;因此,基于救援时间和路径可靠性的车辆诱导最优化模型能够克服以上问题,进一步提高救援效率。     

区域高等级公路网交通状态识别与分析模型研究

为了在区域内分析高等级路网交通状态,建立了一种区域高等级路网交通状态分析模型.首先分析路网结构并对路段的交通状态进行识别分类,建立在实时交通状态下的区域高等级路网模型;然后基于路网模型运用系统结构分析法建立路网交通状态分析模型,根据不同交通状态分析需求得到不同的交通状态可达矩阵,并对可达矩阵分层分析.通过实例表明:该模型能够有效地判别路网中节点的可达性和连通性,描述路网的交通状态时空变化规律,若通过及时发布信息,出行者可根据不同的信息需求来选择最优路径,避免大范围拥挤,从而提高整个路网的运行效率.     

城市道路交通拥堵预测及持续时间研究

针对城市道路交通拥堵及持续时间辨识问题,提取平均旅行速度、平均旅行时间、平均延迟时间、早晚高峰、星期数等交通拥堵关键影响因素,构建了基于MapReduce的多元对数线性回归交通拥堵预测模型和基于生存分析的交通拥堵持续时间模型,并利用上海快速路段交通数据集进行模型有效性验证。试验结果表明,拥堵预测模型预测值与实际值拟合度在0.96以上,能较好地量化道路交通运行拥堵程度;拥堵持续时间模型可以辨识出拥堵分布和持续时间特征,为制定交通拥堵的控制和疏导策略提供指导性建议。     

考虑信息诱导的随机均衡交通流逐日演化模型

在交通诱导系统向出行者发布一致性路网信息的情况下,假设出行者的路径选择行为随历史经验和交通信息的更新而不断调整,考虑出行者的路径选择行为和对诱导信息的信任决策,提出一个交通流逐日演化模型.在该模型中,根据信任决策不同,将出行者分为两类,即信任路径诱导信息的出行者和不信任路径诱导信息的出行者.其中,信任诱导信息的出行者比...     

基于轨迹数据的山地城市干线交通运行评价探讨

当前国内外干线交通运行评价在研究方法上不能准确、客观地反映路段或区域内拥堵所在层次,指标设置上缺少从交通拥堵及交通参与者角度进行考虑,且未考虑交通拥堵类指标和可靠性类指标。文中利用GPS浮动车轨迹数据包含车辆行为及数据丰富、精度高等特点,考虑排队长度、通行时间、交通拥堵类指标、可靠性类指标,建立多层次多指标综合评价模型,对山地城市干线交通运行进行评价。     

城市车路协同系统下实时交通状态评价方法

交通状态评价方法能够为交通管理系统提供可量化的实时路网信息，为动态引导交通流、缓解交通拥堵提供依据。受限于交通路网的时变性和评价过程的主观性，目前传统评价方法的精度时常无法满足需求。基于城市车路协同系统动态获取路网信息优势，提出一种利用车路信息融合的实时交通状态评价方法。首先，定义了一种网联汽车与路侧终端间的无线交互方式，并确定数据协议以保证实时车辆数据的准确性；其次，从实时数据中选取平均通过时间、平均停车次数、平均停怠时间作为一级评价指标进行模糊综合，应用多算子对计算的一级评价结果构成二级交通状态评价指标，并根据层次分析法确立指标权重，同时根据仿真和试验结果建立适用于各级道路参数的可变隶属度规则，从而融合动态车辆数据与静态路段参数，计算得出交通状态评价结果与评分；最后，由网联汽车、车载终端、路侧终端和无线通信模块搭建实际协同测试系统对该方法进行了试验验证。试验结果表明：测试系统所得到的路段实时交通状态评价得分与对应的交通状态变化趋势一致，能够准确体现城市车路协同环境下的交通状态特点。该评价方法运用信息融合方法提高了交通状态评价结果的实时性与客观性，同时为车路协同技术应用于实时交通诱导，缓解城市交通拥堵提供了理论依据。     

基于后悔理论的社交网络分享型交通信息的用户价值研究

以社交网络为平台的交通信息对出行者的决策有重要影响.为了研究社交网络分享型交通信息的用户价值,分析了社交网络中交通信息的产生与传播行为,并从信息行为的角度研究了社交网络中交通信息的特征.基于后悔理论建立了社交网络交通信息的用户价值评估模型,并给出出行者的路径选择效用以及交通信息的更新方法.在此基础上,从交通信息有效性与负效用的角度分析了社交网络交通信息的用户价值特征.基于不同的网络信息传播场景,对其中交通信息的用户价值进行了分析.结果表明,社交网络中的交通信息能够对出行者的决策起到辅助作用,在有效场景中出行者决策的后悔值降低了20%;但用户价值随其在社交网络中的持续传播而降低,且过度传播的交通信息将对出行者决策产生负效应.      

基于流量分配的拥堵瓶颈路段信号优化方法及系统构想研究

针对现代城市交通道路愈加拥堵的问题,提出了一种基于流量分配的拥堵瓶颈路段信号优化方案。本文首先介绍了交通拥堵的特性与交通拥堵信号优化算法原理,计算了剩余调节通行能力,并以此为基础,设计了瓶颈潜在路段的处理方法。其次,从绿信比与相位差两个方面出发,提出基于流量分配的拥堵瓶颈路段信号优化控制方案。最后,通过模拟分析的方式,判断该控制方法的应用效果。由模拟分析结果可知,该控制方法在多种控制方法中效果良好,可应用到实际当中。     

GIS-T中交通事件的动态表达

针对当前GIS -T中对于交通事件表达的不足,首先利用交通波理论计算交通事件对路网影响范围的时空变化情况;其次基于线性参考和标准动态分段思想,在标准动态分段中增加时间维属性,通过程序扩展在现有GIS平台上实现时空动态分段方法,并用该方法实现交通事件影响临近路段范围的时空变化可视化表达.结果表明,利用时空动态分段方法可以...