考虑OD转换的动态交通分配模型研究

通过分析一简单路网的路径选择问题，说明动态用户最优的条件及其物理意义。针对城市整体路网中交通流分布的差异，提出分配路网和模拟路网的分析方法：分配路网采用瞬时动态最优分配，模拟路网采用实际动态最优分配，并对二者的应用条件和关系进行分析。考虑到其在ATMS系统中的应用，模型重点分析空间OD转换问题，并将决策点的路径调整方法加入目标函数的选择中，以评价弹性出行策略和建立路线诱导的实际方法。     

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。     

转向延误和路段容量双约束下的用户均衡模型及算法研究

为了更真实地反映拥堵交通网络实际情况,考虑到交叉口转向延误和路段容量约束对交通分配模型的影响,首先构建了带转向延误和路段容量双约束下的用户均衡模型,利用Karush-Kuhn-Tucker条件证明其等价性;其次,通过改进的最短路算法,利用Projection Gradient算法作为内循环、增强拉格朗日乘子法作为外循环求解该模型.最后,利用算例路网证明该算法的可行性,对比初始状态、管控措施及双约束状态下的均衡网络流交通分配结果,发现得到路径解的同时能清晰地知道某一路段或路径交通流量转移情况,该模型通过流量转移为交通管控措施提供决策依据,进而有效地缓解交通拥堵.     

欠驱动船舶自主避碰的算法设计

为解决传统A~*算法在船舶路径规划中存在的路径不平滑及大范围地图下搜索效率不高等问题,根据能量守恒定律对A~*算法中的评价函数进行重新定义,提出改进A~*算法;同时引入人工势场法(artificial potential field, APF),并对APF中的斥力场系数进行修正;结合2种改进方法,考虑欠驱动船舶的运动特性,设计出一种混合算法。通过MATLAB进行仿真对比,发现所提出的混合算法规划路径更优、效率更高。     

可交易电子路票系统收费方案及价格算法设计

可交易电子路票系统是交通需求管理的一种新方式,为缓解城市交通拥堵问题提供了新思路.本文对路票交易体系进行了两个重要的算法设计:路票收费方案的算法设计和路票价格的算法设计.根据用户均衡与系统最优原则之间的差别——边际成本,利用改进的牛顿算法设计每个路段需收取的路票数,并由路票守恒条件确定发行总量;通过外惩罚函数法求解既定路票收费方案下达到用户均衡状态的路票价格.最后将算法应用于算例路网中,说明合理的路票收费方案能有效缓解交通拥堵;比较路票价格与实际用户交易产生价格的差异,分析路票系统对缓解交通拥堵的效果.     

考虑禁行路线路网的最优路径求解

为了解决含有禁行路线路网中的最优路径求解问题．研究了含有装行路线路网的特点．建立了数学模型。通过路网转化法把含有禁行路线的路网转化为不含禁行路线的路网．降低了最优路径求解的难度。采用邻接结点关系矩阵和邻接结点权矩阵表达路网中结点和路段的拓扑关系，减少了路网的存储空间。用动态邻接结点关系矩阵和邻接结点权矩阵对经典的Dijkstra算法进行了改进，节省了计算机存储空间、提高了计算效率．并给出了基本算法。将所研究的路网转化方法和改进的Dijkstra算法应用于所研发的车辆诱导系统软件，并进行了实际测试。测试结果表明．府用该方法能够在含有禁行路线的路网中求解最优路径．且运算效率较高。     

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。      

基于路网分层的协同诱导路径搜索算法

针对交通诱导中的分布式诱导和中心式诱导各自的不足,提出了基于路网分层的协同式诱导算法。首先,根据出行偏好,对路网进行了分层,并对不同形式的路径进行了分析。然后,通过对子区域中路径搜索进行动态搜索限定,提出了基于改进A*的跨层节点确定方法,在此基础上建立了基于改进的跨层路径搜索算法。最后,构建了协同式诱导算法模型,此模型运用中心式诱导完成主干道路网层交通流的诱导,而分布式诱导完成子区域小范围次要路网上的车辆的路径搜索,并对协同搜索算法进行了仿真验证。结果表明:该算法模型相比单一诱导模型计算性能好,平均搜索的效率提高了17.5倍。     

包含禁行路线路网的最优路径HNN算法

为了解决包含禁行路线路网的最优路径快速求解问题,研究了不含禁行路线路网和包含禁行路线路网的特点,建立了相应的路网数学模型。通过路网转化法把包含禁行路线的路网转化为不含禁行路线的路网,降低了最优路径求解的难度。研究了霍普费尔特神经网络(Hopfield Neural Network,HNN)的特点,设计了适合求解路网最优路径的HNN算法,在算法中采用动态邻接矩阵,节省了计算机内存,减少了运算时间。将所研究的路网转化方法和设计的HNN算法应用于所研发的车辆诱导系统中,并进行了实际路网测试,结果表明应用该方法能够在包含禁行路线路网中求解最优路径,且比经典算法的运算效率高。     

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.      

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。     

境外公路建设项目交通量预测

针对境外公路建设项目交通量预测结果不确定性,总结了影响境外建设项目交通量的主要因素,考虑到境外项目数据缺失、路网稀疏、道路等级低等现状条件,以及出行行为的特殊性和不确定性,应用不确定理论,以模糊感知效应来表征路径阻抗和成本,建立了基于模糊阻抗函数的路网交通分配模型,以巴基斯坦KKH为例,分别采用随机网络分配模型和基于模糊阻抗的路网交通分配模型对其进行交通流预测,结果表明:二者预测结果相差在10%以内,基于模糊的路网交通分配模型具有较高的准确性。     

基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法

针对高密度路网诱导路径选择问题,基于图论对路网进行结构化选取,构建高密度路网模型。从节点评估的角度出发,提出综合考虑结构属性和交通运行状态属性的节点承载力指标。采用均质性、连通性2个指标评价路网节点结构属性,采用流量裕度、通行效率2个指标评价路网节点交通运行状态属性,提出一种基于TOPSIS算法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,优劣解距离法)的综合评价方法,实现对节点承载力的综合量化。基于节点承载力,构造路段承载力指标,采用重力模型和交通分配的方法将节点间的承载力分配到节点相连构成的路段上,并用路段实际交通条件修正即得到路段承载力。基于节点承载力和路段承载力,提出高密度路网诱导路径的确定方法。为证明本研究提出的高密度路网诱导路径选择方法的有效性,构建一高密度路网结构模型,同时采用本算法和传统Dijkstra算法规划诱导路径。结果表明:Dijkstra算法规划的路径虽为数学意义上的最优路径,但该路径途经低级节点,且需频繁切换道路进行交通转换,不符合驾驶员行车期望;本研究提出的基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法得出的路径虽比Dijkstra算法稍长,但路径均由高等级节点和道路组成,这样的规划结果更符合实际交通诱导系统需求,更能体现驾驶人员选路偏好。     

一种基于并发奖赏蚁群系统的A*算法

为优化出行者在动态路径诱导系统中进行路径选择,提出一种基于并发奖赏蚁群系统的A*算法,利用A*算法的成熟性和蚁群算法的动态性,用蚁群算法对A*算法估价函数f(x)=g(x)+h(x)中的h(x)进行研究,考虑了交通路况中的各种动态因素,使A*算法具有动态性;为了提高算法的效率,基于在最优路径附近往往存在更优路径这一原理...     

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MFD与距离的边界收费策略

为了缓解城市中心等重点区域的交通拥堵问题,在给定的边界区域条件下结合宏观基本图(MFD)的相关理论,提出了一种基于用户在边界中行驶的距离进行收费的最优定价策略。该策略首先通过分段线性逼近方法定义了一种非负、非递减、非线性的距离收费函数,基于距离收费函数和MFD相关特性构建双层规划模型。上层模型考虑系统的整体运行效益,以路网输出流量最大为目标,下层模型则假设用户的路径选择行为服从Wardrop第一定理,构建固定需求下的用户平衡模型。针对非线性距离函数引起的路径成本不可加性问题,采用网络变换法实现现实网络与虚拟网络的转换后,再结合路段的FW算法求解下层模型。最后在算例中对收费模型和算法的合理可行性进行了验证。结果表明,实施基于距离的边界收费策略能使边界区域的输出流量维持在最佳水平附近,并得到使系统高效运行的最优收费函数,证明最优收费函数的非线性形式是符合现实且有效的。     

基于模糊优先关系的路径选择模型

模糊现象客观地存在于路径选择过程,本文考虑到路径之间的模糊优先关系,在模糊用户均衡条件的假设下,提出了一种新的路径选择模型。首先采用均值面积度量法度量路径的感知阻抗找到具有最小感知阻抗的路径,并通过优势检测产生出行者备选路径集合;然后在构造模糊优先关系矩阵的基础上计算备选路径的优先度,由此得到路径被选择的可能性。该模型可看作是Logit模型的一般化,并且在路径感知阻抗难以用模糊变量描述的情况下,仍能通过两两比较路径的优先关系计算各条路径被选择的可能性。     

宏观交通网络拥堵区边界最优控制

为了缓解交通拥堵,解决拥堵状态下区域交通控制问题,提出了宏观交通网络拥堵区边界最优控制方法。首先,基于同质性路网宏观基本图特性固定划分控制子区,通过分析子区之间的车辆流入、流出关系,建立了宏观网络车流平衡方程;其次,以路网旅行车辆完成率最高,同时子区边界处受阻车辆数最低为优化目标建立了拥堵区边界最优控制模型,根据最优控制确定子区边界输入、输出最佳交通流量,进而以饱和度高的边界交叉口饱和度快速降低为优化目标,提出了子区边界交叉口流量分配及信号配时参数优化方法;最后,以合肥市一环路以内的路网为测试对象,通过微观仿真分析,比较了无区域边界控制、拥堵区入口Bang-Bang边界控制、拥堵区出口与入口BangBang边界控制和最优控制4种控制方案。结果表明:最优控制条件下宏观路网运行效益比前3种方法分别提高49.17%、30.19%、71.99%,车辆行程延误分别降低21.65%、3.74%、1.94%;最优控制可有效改善拥堵区内外交通密度的均衡性;宏观路网拥堵区的边界控制可有效降低高峰期间拥堵区的拥塞程度,提高整个路网的疏散能力。     

高速公路路网运行指数评估模型应用研究

由于高速公路路网交通流量分布不均衡,往往会造成部分节点或区域拥堵,而量化评估路网运行状态能快速确定交通拥堵位置。提出了一种基于波动率和机器学习的路网运行指数评估模型:首先选取合适的机器学习算法确定路网各节点的基准值;然后运用波动率理论构建各节点的运行指数评估模型;之后利用广东省高速公路若干节点路段的真实数据对模型进行了验证,并与阈值进行对比。研究结果表明:本文提出的路网运行指数评估模型能在各类场景下及时准确地定位交通拥堵节点,为缓解交通拥堵问题提供一定的参考意义。     

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。