多狀態(tài)下城市快速路網(wǎng)交通流短時預(yù)測理論與方法研究.pdf

1、隨著交通流數(shù)據(jù)采集設(shè)備的不斷完善,使得交通流狀態(tài)分析、預(yù)測以及智能化交通組織成為可能,然而現(xiàn)有研究大多是針對單一狀態(tài)下單斷面的交通流短時預(yù)測,難以滿足微觀交通控制及網(wǎng)絡(luò)條件下宏觀交通實時誘導(dǎo)的需求。因此,深入研究多狀態(tài)下交通流短時預(yù)測理論與方法,是提供交通信息服務(wù),緩解道路交通擁堵,減少污染、節(jié)約能源,實現(xiàn)智能交通控制和實時誘導(dǎo)的必要理論和技術(shù)前提。
　　 本論文立足于城市快速路交通流運行的時間和空間特性,研究多狀態(tài)下城市快速路

2、網(wǎng)交通流短時預(yù)測模型與方法。首先,從研究思路、研究方法等方面,分類分析并綜合評述國內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)研究,闡述本論文的研究背景條件；其次,結(jié)合城市快速路交通流運行特點,應(yīng)用線性回歸分析建立了城市快速路速度——占有率模型、交通流率——占有率模型和速度——交通流率模型,明確交通流基本參數(shù)之間的關(guān)系及交通流狀態(tài)劃分方法,分析多狀態(tài)下交通流參數(shù)時間和空間特性；再次,著眼于自由流狀態(tài)、阻塞流狀態(tài)和擁擠流狀態(tài)下交通流參數(shù)的時間和空間特性,從交通流守恒方程

3、和速度動態(tài)模型入手,借鑒偏微分方程組求解時空離散的思想,建立多狀態(tài)下城市快速路網(wǎng)交通流短時預(yù)測模型,同時考慮進出口匝道、車道數(shù)變更及道路坡度等因素的影響,將交通流短時預(yù)測模型轉(zhuǎn)化為交通流短時預(yù)測狀態(tài)空間模型,采用定量分析與定性評價相結(jié)合的方法標定模型參數(shù),并設(shè)計基于卡爾曼濾波方法的狀態(tài)空間模型求解算法；最后分別基于交通流狀態(tài)判別和交通流狀態(tài)變化趨勢判別的思想,結(jié)合建立的三種狀態(tài)下交通流短時預(yù)測狀態(tài)空間模型,構(gòu)建兩種混合狀態(tài)下交通流短時預(yù)

4、測方法,實現(xiàn)混合狀態(tài)下城市快速路網(wǎng)交通流短時預(yù)測。
　　 本論文主要創(chuàng)新性研究成果如下:
　　 1、基于交通流守恒方程,構(gòu)建了面向城市快速路網(wǎng)的交通流守恒方程組,結(jié)合自由流狀態(tài)下交通流時間和空間特性,采用偏微分方程迎風格式求解的思想對其進行離散,推導(dǎo)出自由流狀態(tài)下交通流短時預(yù)測模型,進而考慮進出口匝道、車道數(shù)變更及道路坡度等影響因素,將交通流短時預(yù)測模型轉(zhuǎn)化為交通流短時預(yù)測狀態(tài)空間模型,采用定量分析與定性評價相結(jié)合的方法

5、標定了模型參數(shù),并設(shè)計了基于卡爾曼濾波方法的模型求解算法。
　　 2、結(jié)合阻塞流狀態(tài)下交通流時間和空間特性,采用Lax-Wendroff格式離散交通流守恒方程組,推導(dǎo)出阻塞流狀態(tài)下交通流短時預(yù)測模型,同時考慮進出口匝道、車道數(shù)變更及道路坡度等影響因素,將其轉(zhuǎn)化為阻塞流狀態(tài)下交通流短時預(yù)測狀態(tài)空間模型,標定了模型參數(shù),并設(shè)計了基于卡爾曼濾波方法的模型求解算法。
　　 3、從速度動態(tài)模型入手,考慮擁擠流狀態(tài)下交通流時間和空間

6、特性,采用改進的Lax—Wendroff格式離散速度動態(tài)方程組,推導(dǎo)出擁擠流狀態(tài)下交通流短時預(yù)測模型及狀態(tài)空間模型,標定了模型參數(shù),并設(shè)計了基于卡爾曼濾波方法的模型求解算法。
　　 4、構(gòu)建了基于交通流狀態(tài)判別和交通流狀態(tài)變化趨勢判別的混合狀態(tài)下城市快速路網(wǎng)交通流短時預(yù)測方法。建立了基于SVM的道路網(wǎng)交通流狀態(tài)判別模型和基于Elman網(wǎng)絡(luò)的道路網(wǎng)交通流狀態(tài)變化趨勢判別模型,設(shè)計并實施了道路網(wǎng)交通流狀態(tài)預(yù)判,采用多狀態(tài)下交通流短時