大数据及其在城市智能交通系统中的应用综述

大数据给城市智能交通系统的技术发展与应用革新带来了机遇和挑战.从交通大数据的基本概念、交通大数据带来的问题和大数据驱动的数学建模方法等方面,阐述了交通大数据给智能交通系统带来的变革.为了深入理解交通大数据的内涵,分析交通大数据的产生背景,提出了交通大数据的“6V”特征,总结了智能交通系统中大数据的基本类型.面对交通大数据带来的数据安全、网络通信、计算效率和数据存储等诸多问题,提出了应对策略和思路.对数据驱动的建模方法进行了分析,说明了混合模型的意义.最后,讨论了大数据驱动的智能交通系统的体系框架.     

综合交通系统“多网合一”交通分析模型与算法

为解决综合交通体系中不同交通方式各自为政、条块分割的问题，研究了综合交通体系融合发展中缺乏一体化交通分析技术的瓶颈，提出了以交通枢纽为关键，覆盖铁路、公路、水运、航空、管道以及城市道路的“多网合一”的物理网络与虚拟网络拓扑结构模型; 构建了服务各交通运输方式、结果量化可比的交通阻抗函数模型与优势运输距离模型; 研发了异质交通网络环境下的一体化交通分配模型与算法，提出了综合交通系统客运组合出行与货运多式联运的交通量分析方法，形成了服务于综合交通系统一体化融合发展的交通分析模型与技术体系; 通过完全自主的“交运之星——TranStar”综合交通版交通仿真分析软件，搭建了综合交通系统虚拟仿真平台，实现了对大规模综合交通网络规划建设与运行管理的快速响应，并验证了分析模型与算法的可行性。研究结果表明:相比传统分析方法，提出的交通分析模型与算法可满足“多网合一”条件下综合交通系统的各类分析需求; 利用提出的交通分析模型与算法对综合交通网络的交通流量进行分析，相对误差不超过3%，平均误差不超过2%，分析结果精度高，满足工程实践要求。      

动态交通系统最优控制的路径选择模型

在分析各种影响动态交通系统最优控制约束的基础上,依据相关原理,采用数学建模的方法建立了态交通系统最优控制模型,最后给出该模型的主要算法.智能交通运输系统的核心部分为动态交通流分配模型与算法,其基础则为动态交通系统最优控制模型,因此建立用于诱导路径选择的动态交通系统最优控制模型将有助于改善城市日益恶化的交通环境,提升人们的生活质量,同时也为城市规划与管理以及各种交通政策的制定提供理论依据.     

动态交通系统最优控制的路径选择模型

在分析各种影响动态交通系统最优控制约束的基础上,依据相关原理,采用数学建模的方法建立了态交通系统最优控制模型,最后给出该模型的主要算法.智能交通运输系统的核心部分为动态交通流分配模型与算法,其基础则为动态交通系统最优控制模型,因此建立用于诱导路径选择的动态交通系统最优控制模型将有助于改善城市日益恶化的交通环境,提升人们的生活质量,同时也为城市规划与管理以及各种交通政策的制定提供理论依据.     

基于Plant Simulation的地铁交通系统建模与仿真

针对数学建模无法全面、准确描述地铁交通复杂约束和大规模随机事件的问题,提出了一种基于离散事件仿真的地铁交通系统仿真建模方法。通过收集真实的地铁运行数据,对其进行分析处理,利用离散事件仿真软件Plant Simulation建立地铁运行逻辑和可视化模型。在建模过程中,以模型元素和控制逻辑分离为原则,采用面向对象的建模方法,利用Plant Simulation模块直观描述地铁交通系统的运行情况,并利用Plant Simulation性能指标分析工具对仿真运行结果进行统计分析。最后,以北京某地铁线路为依据,验证该地铁交通系统仿真建模思路的可行性和有效性。     

区域交通模型建设思考——以广东省综合交通模型为例

中国区域交通一体化迫切需要开展区域交通模型研究,而传统交通模型建模方法在数据基础、调查方法上的不适用性造成区域交通模型的研究多停留于理论层面.打破传统的交通建模基础数据需求,明确多层次空间模型体系,依托高速公路联网收费数据,铁路、水运、航空等监测数据构建广东省综合交通模型.阐述在有限基础数据的背景下广东省综合交通模型框架、路网设置特点、交通分区方法、出行频次模型、目的地选择模型、区域货运模型等建模的关键技术方法.     

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城市道路交通系统是一个同时具有离散和连续动态,并包含大量随机不确定因素的动态系统,具有动态、并发及同步等特征.在目前交通状况日益复杂的情况下,其动态及随机不确定特性愈加明显.对城市道路交通系统进行建模分析,是深入了解交通状况、进行交通诱导及控制的关键.本文在基本Petri网的基础上,将广义随机Petri网(GSPN)与交通流概念相结合,建立了符合交通流概念的动态流随机Petri网(FSPN)模型.该模型可以很好地描述城市道路交通流的动态及随机特性,并能对城市道路交通系统中的某些随机现象作出很好的解析描述.文中针对四相位十字交叉口给出了动态流随机Petri网建模实例;活性分析表明,该模型能有效避免系统并发性带来的死锁现象.最后仿真运行分析和性能分析进一步证明了动态流随机Petri网的有效性.     

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人工交通系统是一种新型的交通仿真策略，它综合了Agent建模，分布式计算和人工社会的概念与方法，旨在对交通系统的规划、分析与设计、突发事件的紧急预案以及交通参与人员的培训等提供实验支持。本文建立了车辆、交通设施和商场的Agent模型，重点阐述了基于对等计算平台JXTA体系构架，利用P2P通讯机制构建人工交通系统的步骤和具体方法，并通过仿真实例验证了该方法的可行性。最后对人工交通系统的运行策略与机制问题以及下一步的工作进行了探讨。     

基于Wilson熵分布假设的交通公平性量化评价模型

在对交通公平性的量化评价方法进行考察的基础上,从效益分配符合"W ilson熵分布"的假设出发,尝试建立了群体决策型的公平性量化评价模型,该模型综合考虑了区域公平性和不同群体效益归属公平性.对于模型的分析表明交通设施的群体决策型公平性量化评价模型具有最佳解.同时通过数学方法可以证明建立的基于"W ilson熵分布"假设的交通公平性量化评价模型能很好地体现对于弱势群体和不发达区域的效益"补偿"作用.分析结果表明该模型用于交通公平性评价是合理、可行的.     

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从道路交通分析的角度,对国外道路交通应急区域疏散研究过程中所涉及的区域疏散建模思想、区域疏散交通需求预测方法、区域疏散交通管理与控制策略和已开发的区域疏散规划模型与仿真软件进行系统的综述。进而评述了以往相关研究在区域疏散建模过程中的各种不足,并结合各种区域疏散交通管理与控制措施,提出了构建区域疏散集成交通建模框架的思想,旨在为我国道路交通应急区域疏散交通规划、区域疏散交通预案制定等提供有价值的建议和参考。     

土地利用模型在运量预测中的研究

随着我国社会主义市场经济体制的完善,传统计划经济时代的运量预测方法已经不能适应市场经济对运输业提出的要求.考虑到市场经济环境、运输服务性和价值尺度等因素对运量的影响,以及交通量与土地利用状况之间存在的辩证关系,基于应用节点土地利用模型进行区域交通量预测的思路,进一步分析运输生产具有的区域性质等特点,建立适用于区域交通量预测的节点土地利用模型,给出合适的模型求解算法,经实例证明,该模型可比其他预测方法取得更为精确的预测结果.     

基于整体规划框架的区域综合货运规划建模方法研究

区域一体化快速发展背景下，如何系统谋划区域综合交通运输规划，使经济、土地/空间及交通与环境协调发展，是实现区域可持续发展亟需深入研究的课题。因此，本文统筹考虑经济、 土地/空间及交通和环境要素的动态交互关系，提出大区域综合货运整体规划模型的设计与开发方法。利用PECAS(Production, Exchange and Consumption Allocation System)理论框架分析生产者、消费者、交换商品、土地(空间)和运输方式之间的交互关系，并通过PECAS的集计经济流表设计模型结构，构建相应的宏观经济预测、社会经济活动空间分配、空间开发以及交通运输需求预测这4个模块，模拟区域社会经济活动增长及其空间分布与土地/空间开发及综合交通需求时变等特征之间的互动耦合关系。在社会经济发展目标、土地空间和环境等约束条件下，通过构建空间经济模型和综合交通一体化网络分配模型，实现面向多货品和多方式的综合货运整体规划建模方法，以辅助区域产业布局、土地利用与综合交通系统的整体规划。本文以长江经济带为研究案例，基于相关数据构建相应的大区域综合货运整体规划模型，分析评估2012—2035年模型预测结果。结果显示，预测得到的综合交通年平均日货运量拟合优度超过85%，分担率误差低于1%， 验证了本文建模方法的有效性。     

基于网络交通分配方法族谱的交通分配 一体化技术与工程应用

为满足交通规划、建设与管理等应用场景对交通分配多样化的需求，结合目前交通分配方 法族谱中的众多模型与方法，本文构建能够满足族谱中所有交通分配特征的一体化交通分配技 术框架，提出交通网络交通分配一体化技术体系，并将该体系嵌入交通分析平台软件“交运之星- TranStar”中。该技术体系包括：“模型关键参数”“交通阻抗函数”“交通网络交通分配基础模型与 快速算法”3部分模块组合的分析模型一体化；面向步行、自行车、机动车及公共交通等多模式交 通网络的分析对象一体化；针对城市土地开发，交通网络建设，交通管理控制，公共交通系统，以 及交通政策制定等应用场景一体化。选取南京市道路网络和公交网络进行实证分析。结果表 明，本文提出的交通分配一体化技术具有处理超万节点多模式交通网络的能力，对各类交通模 式、典型业务场景的分析结果可为城市交通系统规划、建设与管理提供决策支持。     

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全面准确统计公路运输在区域间的流通规模和结构,掌握区域公路运输发展的趋势、特点和规律,是科学编制区域交通发展规划、出台区域运输发展政策的重要基础.长久以来,受管理体制和统计手段限制,我国公路运输量统计一直沿袭基于车辆注册地的抽样调查模式,统计结果不仅难以与当地经济发展水平相匹配,也难以反映公路运输生产在区域间的交流情况.随着经济社会的快速发展,区域间人员和物资流通日益频繁,急需反映区域经济关联关系的运输统计工具.本文在车辆抽样调查的基础上,通过研究编制公路运输流量流向矩阵,构建公路运输区域关联模型,为研究分析区域间公路运输供给与需求关系、测算区域公路运输生产规模提供基础支撑.     

公路路网货物运输量月度波动系数推算方法

公路运输量波动系数反映了运输需求与运输供给在时空上的不均衡状态.本文首先分析了车辆货物运输量月度波动系数的统计方法和其在统计调查中存在的问题;接着依托高速公路联网收费系统、交通量自动观测点与交通量调查信息系统等平台,建立了公路路网货物运输量月度波动系数推算模型,把车货质量、收费总额、交通量、车道数、通车里程等参数引入到模型中来,并对公路路网货物运输量非基数月度波动系数提出了量化处理、权重赋予的方法;最后,通过实例验证了模型和算法的可行性.研究成果可为公路路网货物运输量统计调查、区域内公路路网规划和综合运输体系优化提供切实的参考.     

地区交通运输结构优化研究

系统分析了地区交通运输结构优化的必要性与可行性，在提出合理的结构优化评价指标体系的基础上，建立了定性与定量方法相结合的地区交通运输结构优化模型，为交通运输复杂系统的结构优化提供了一种研究思路．     

基于客流场的客运空间联系及空间效应研究

基于物理场和运输通道场理论,综合经济、政策、运输成本等因素,分析区域内各节点的客运空间联系以及整个区域的客运空间效应。构建客运空间联系模型和客运空间效应模型,并进行案例分析。研究表明,利用客运空间联系模型能够分析各节点客运空间联系的规模与影响,识别具有客运中转潜力的地区;客运空间效应模型能够较好地反映区域客运集聚与扩散效应,分析得到具有客流集聚潜力的地区。通过两个模型的叠加对比分析,可得出区域最具发展潜力地区,为区域规划发展提供技术支持。     

城市新增公交线路的经济效益测算

通过对城市公交线网新增公交线路的客流量、运输成本的分析，以及新增公交线路所带来沿线区域公交线网的经济效益的测算．建立城市公交线网新增公交线路经济效益的数学模型，不但有助于分析乘客和公交公司双方的利益，而且还有助于结合城市的交通系统进行区域沿线公交线网的评价。