物聯(lián)網(wǎng)背景下城市交通擁堵事前疏導(dǎo)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，汽車(chē)保有量在飛速增加，交通阻塞已成常態(tài)，交通事故頻繁，城市交通擁堵問(wèn)題日益凸顯。交通堵塞會(huì)造成很多的損失：包括行程時(shí)間增加、經(jīng)營(yíng)成本增加、交通事故、空氣污染及噪音污染等，嚴(yán)重影響了城市的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)因交通擁堵造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占當(dāng)年GDP的比率在逐年上升。國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)，建議解決的熱點(diǎn)問(wèn)題中就包含減緩大城市交通擁擠問(wèn)題、減少交通能源消耗與環(huán)境污染難題、解決

2、交通安全問(wèn)題。可以說(shuō)交通擁擠是一系列城市交通問(wèn)題的主要表現(xiàn)，緩解和預(yù)防交通擁堵是一個(gè)我國(guó)城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
　　針對(duì)交通流具有強(qiáng)非線性和時(shí)變特征，傳統(tǒng)的擁堵事后疏導(dǎo)策略自適應(yīng)性較差不能應(yīng)付交通流的復(fù)雜變化，同時(shí)較少?gòu)慕煌飨嚓P(guān)性的角度來(lái)制定誘導(dǎo)配流策略，導(dǎo)致?lián)矶率鑼?dǎo)效果不佳。本文探究具有動(dòng)態(tài)擁堵事前疏導(dǎo)策略、以系統(tǒng)最優(yōu)為目標(biāo)的城市擁堵事前疏導(dǎo)方法。提出采用基于多智能體的“模型預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)計(jì)算、在線反饋、事前疏導(dǎo)”思想，研究城市擁堵

3、事前疏導(dǎo)方法。
　　隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，使得信息感知及采集技術(shù)的即時(shí)性成為可能，交通系統(tǒng)的感知能力得到空前提升。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，信息傳輸及處理技術(shù)已漸漸滲透到城市交通的管理決策層面，影響到交通控制的決策。同時(shí)，交通信息的泛在性影響到了駕駛員的駕乘決策。信息互聯(lián)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，大幅緩解了交通擁堵現(xiàn)狀，提升城市交通路網(wǎng)的效能與出行質(zhì)量。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通需求者與供給者之間的信息交互，通過(guò)估計(jì)出短時(shí)交通流狀況，

4、執(zhí)行相應(yīng)的交通流管理控制策略，保證道路交通流有序高效地運(yùn)行，最大程度地發(fā)揮城市路網(wǎng)的效能。中國(guó)政府提出在“十二五”時(shí)期要構(gòu)建現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)智能交通系統(tǒng)，在“十二五”交通規(guī)劃中也提出要啟動(dòng)新一代智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略和利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸策略研究?jī)纱笱芯宽?xiàng)目。
　　本文的主要研究工作如下：
　　為了提升城市交通路網(wǎng)整體效能須對(duì)各類(lèi)影響因素進(jìn)行深入研究，挖掘其深層機(jī)理。城市路網(wǎng)的復(fù)雜性決定了動(dòng)態(tài)解決方案的必要性，交通流動(dòng)

5、態(tài)預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)城市交通動(dòng)態(tài)配流及出行誘導(dǎo)的關(guān)鍵瓶頸。本文基于元胞自動(dòng)機(jī)理論，利用對(duì)偶法描述城市路網(wǎng)路段元胞交通流虛擬拓?fù)溲莼P(guān)系圖，首先通過(guò)物理層、數(shù)據(jù)層、函數(shù)層等量化手段對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行量化信息拆解，構(gòu)造了路段交通流演化模型。并進(jìn)一步研究交通流演化過(guò)程中，交通流特點(diǎn)以及支配交通流狀態(tài)演化規(guī)律。同時(shí)通過(guò)定義的交通流網(wǎng)絡(luò)演變規(guī)則族實(shí)現(xiàn)了城市路網(wǎng)系統(tǒng)不同分辨率模型的有機(jī)結(jié)合。從而完成對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)的交通流動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建、實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)出交通流，為城市路網(wǎng)優(yōu)化及

6、交通狀況誘導(dǎo)提供科學(xué)決策支持。
　　交通誘導(dǎo)信息的介入容易產(chǎn)生駕駛員的過(guò)激反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的交通移堵現(xiàn)象和誘導(dǎo)策略無(wú)效。交通信息誘導(dǎo)下的駕駛員路徑選擇是交通管理者、駕駛員等交通參與者之間的一個(gè)博弈演化過(guò)程，在長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)博弈過(guò)程中，駕駛員基于出行收益最大來(lái)決策自身的路徑選擇行為，其路徑選擇的結(jié)構(gòu)會(huì)在一定條件下達(dá)到演化穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)分析駕駛員在不同信息誘導(dǎo)下路徑選擇策略的博弈和演化過(guò)程，建立了駕駛員路徑選擇演化博弈模型，求得駕駛員路徑選

7、擇的演化穩(wěn)定策略，從而為交通誘導(dǎo)策略的制定及其效果評(píng)價(jià)等提供決策支持。針對(duì)誘導(dǎo)手段在過(guò)飽和路段的無(wú)效問(wèn)題，本文研究了過(guò)飽和路段的最優(yōu)控制方法，提出通過(guò)控制誘導(dǎo)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)及控制手段的有機(jī)結(jié)合，達(dá)成良好的擁堵事前疏導(dǎo)效果。
　　文中最后研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的路網(wǎng)效率及事前疏導(dǎo)評(píng)價(jià)問(wèn)題，用以對(duì)比疏導(dǎo)前后的路網(wǎng)效率。運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、交通均衡理論以及宏觀交通流理論知識(shí)，從交叉口通行效率、網(wǎng)絡(luò)擁堵指數(shù)評(píng)價(jià)、出行成本效率角度入手，構(gòu)建模型