基于3s理論技術(shù)的實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)研究學(xué)位論文

1、<p><b>　　博士學(xué)位論文</b></p><p>　　基于3S理論技術(shù)的實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)研究</p><p>　　中 南 大 學(xué)</p><p>　　2011年 10月</p><p>　　分類號(hào)VDC 密級(jí) </p

2、><p><b>　　博士學(xué)位論文</b></p><p>　　基于3S的實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)研究</p><p>　　Research on Real-Time Traffic Information System Based on 3S</p><p>　　論文答辯日期 答辯委員會(huì)主席

3、 </p><p>　　中 南 大 學(xué)</p><p><b>　　年 月</b></p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不

4、包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定

5、，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。</p><p>　　作者簽名： 導(dǎo)師簽名 日期： 年 月 日</p>

6、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　城市交通的擁堵問(wèn)題一直是困擾世界上各大城市發(fā)展和影響城市正常生活的難題，尤其在當(dāng)今快速城市化中的中國(guó)。為此世界各國(guó)均在城市交通優(yōu)化中投入了巨大的財(cái)力物力，實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)RTTIS（Real-Time Traffic Information System）因此誕生和發(fā)展。在近三十年,RTTIS的軟、硬件水平伴隨信息、通訊、

7、3S（GPS、GIS、RS）、電子等技術(shù)的發(fā)展得到了不斷的改進(jìn)和完善,其中3S技術(shù)理論已成為RTTIS的主要支撐理論技術(shù)之一，然而3S理論技術(shù)本身也在不斷發(fā)展和完善，而其在RTTIS中的應(yīng)用也需要不斷研究和提升。</p><p>　　論文基于3S理論與技術(shù)將廣泛代表城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的三類抽象路網(wǎng)應(yīng)用于RTTIS交通系統(tǒng)效率分析中，并在RTTIS不同裝備比例條件下使用基于多智能體交通仿真技術(shù)對(duì)交通系統(tǒng)效率進(jìn)行了全面

8、的剖析和研究。研究表明：當(dāng)車輛裝備了實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)（RTTIS）的比例增大時(shí)，裝備了RTTIS和沒(méi)有裝備RTTIS這兩類車輛的運(yùn)行狀態(tài)在一定條件下都會(huì)得到有效改善，但是，裝備RTTIS的使用效果要因道路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)而定；在平行結(jié)構(gòu)路網(wǎng)中，當(dāng)車輛RTTIS的使用比例高0%并少于30%時(shí)，所有車輛和交通在系統(tǒng)運(yùn)行水平上都得以提高，超過(guò)30%優(yōu)化效果下降，當(dāng)RTTIS的使用比例高于90%以上時(shí)，交通系統(tǒng)和車輛的運(yùn)行狀態(tài)最差，且相比沒(méi)有植入RTT

9、IS交通系統(tǒng)效率幾乎下降了26%；在格狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)路網(wǎng)中，RTTIS的使用比例越高越能提高裝備RTTIS和沒(méi)有裝備RTTIS這兩類車輛的運(yùn)行水平，在裝備比例達(dá)到100%時(shí)兩類車輛的交通效率幾乎一致，這說(shuō)明RTTIS對(duì)個(gè)人和系統(tǒng)優(yōu)化的一致性。</p><p>　　交通系統(tǒng)均衡在交通配流中獲得廣泛應(yīng)用和研究，但是對(duì)于交通系統(tǒng)中均衡狀態(tài)的存在研究卻不多，從經(jīng)驗(yàn)角度來(lái)看均衡狀態(tài)通常能夠被人們所接受，論文對(duì)植入和沒(méi)有植

10、入RTTIS的交通系統(tǒng)是否能夠收斂于均衡狀態(tài)做了仿真的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在這兩種情形下基于三種抽象路網(wǎng)運(yùn)行下的交通系統(tǒng)均能收斂于均衡狀態(tài)，但是均衡狀態(tài)并不能作為系統(tǒng)優(yōu)化的指標(biāo)，RTTIS的比例變化能使系統(tǒng)收斂于不同的均衡狀態(tài)，有些均衡狀態(tài)能夠優(yōu)化系統(tǒng)有些卻不能。</p><p>　　最后，論文對(duì)RTTIS系統(tǒng)應(yīng)用框架作了分析，提出在數(shù)據(jù)采集階段引入GPS、RS，并更新和提升了RTTIS應(yīng)用系統(tǒng)框架。針對(duì)交通系統(tǒng)就多光譜遙

11、感影響數(shù)據(jù)挖掘提出了基于K階中心矩遙感影像數(shù)據(jù)融合方法，使用該方法產(chǎn)生的圖像是遙感圖像所有波段均值向量特征向量間的差異圖，當(dāng) k值處于低水平時(shí)，與各波段圖像相比，圖像信息獲得明顯的增強(qiáng)，伴隨k值增加，圖像信息量減少，差異性增強(qiáng)，同時(shí)圖像內(nèi)容被簡(jiǎn)化。針對(duì)RTTIS在交通領(lǐng)域應(yīng)用中的數(shù)據(jù)表式和挖掘的特點(diǎn)，論文提出了基于張量的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，該模型具有數(shù)據(jù)冗余小，信息量豐富、計(jì)算方便等特點(diǎn)。</p><p>　　論文基于

12、3S理論技術(shù)力圖推進(jìn)RTTIS在交通領(lǐng)域的優(yōu)化研究與應(yīng)用。通過(guò)論文的研究工作，進(jìn)一步明晰了RTTIS在交通系統(tǒng)中的作用和表現(xiàn)，優(yōu)化了RTTIS系統(tǒng)。其成果在該領(lǐng)域具有重要的借鑒和參考價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)交通信系統(tǒng)（RTTIS），3S（RS,GIS,GPS）技術(shù)理論，交通系統(tǒng)優(yōu)化，交通均衡，時(shí)空數(shù)據(jù)模型，多光譜遙感數(shù)據(jù)挖掘</p><p><b>　　Abstr

13、act</b></p><p>　　The traffic congestion have always been a big problem to harass cities’ development and people’s life everywhere in the world. Especially in China, quick urbanization processing makes

14、the problem worse. In order to tackle this problem, each country has spent a lot of money in urban traffic optimization, hence the RTTIS(Real-Time Traffic Information System) was born and developed. In recent thirty year

15、s, with the developments in the fields of information, communication, 3S(GPS、GIS、RS) and electro</p><p>　　In the thesis, based on theory and technology of 3S, three kinds of abstract road networks which wide

16、ly typify features of city roads are used to study the efficiency of traffic system with RTTIS, and comprehensive analyses of traffic system efficiency through traffic simulation based on mulit-agent on are made in diffe

17、rent proportion of RTTIS. The study results show: 1. When the proportion of vehicles equipped with RTTI grows, the performancs of both kinds of vehicles with RTTIS and those witho</p><p><b>　　目 錄</b

18、></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義1</p><p>　　1.1.1 選題背景1</p><p>　　1.1.2 研究目的及意義3</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外RTTIS研究應(yīng)用現(xiàn)狀3</p>&l

19、t;p>　　1.2.1現(xiàn)有應(yīng)用產(chǎn)品介紹4</p><p>　　1.2.2 評(píng)估RTTIS所用的方法12</p><p>　　1.2.3 RTTIS研究中的交通網(wǎng)絡(luò)14</p><p>　　1.2.4 RTTIS研究的主要發(fā)現(xiàn)15</p><p>　　1.2.5 研究中尚未解決的問(wèn)題17</p><p>

20、　　1.3研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線17</p><p>　　1.4 論文的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)18</p><p><b>　　1.5 小結(jié)18</b></p><p>　　第二章 RTTIS研究關(guān)鍵理論方法19</p><p>　　2.1交通理論模型19</p><p>　　2.1.1 交通出行

21、發(fā)生19</p><p>　　2.1.2 交通出行分布21</p><p>　　2.1.3交通均衡配流模型26</p><p>　　2.2多智能體理論技術(shù)27</p><p>　　2.2.1 智能體概念27</p><p>　　2.2.2多智能體概念28</p><p>　　2.2.

22、3多智能體交通中的應(yīng)用29</p><p>　　2.3交通仿真技術(shù)33</p><p>　　2.3.1現(xiàn)存交通仿真軟件33</p><p>　　2.3.2交通仿真軟件模型38</p><p>　　2.3.3交通模型校準(zhǔn)40</p><p>　　2.4 RTTIS中的博弈43</p><p

23、>　　2.4.1 經(jīng)典博弈論43</p><p>　　2.4.2Nash均衡45</p><p>　　2.4.3Cournot均衡46</p><p>　　2.4.4Stackelberg均衡47</p><p><b>　　2.5小結(jié)48</b></p><p>　　第三章 RT

24、TIS與交通系統(tǒng)效率49</p><p>　　4.1 RTTIS效用評(píng)估的重要性49</p><p>　　4.2效率評(píng)價(jià)仿真建模52</p><p>　　4.2.1 路網(wǎng)設(shè)計(jì)52</p><p>　　4.2.2 模型參數(shù)選擇54</p><p>　　4.2.3 模型及參數(shù)的校準(zhǔn)56</p>&

25、lt;p>　　4.2.4 交通效率評(píng)價(jià)指標(biāo)57</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析57</p><p>　　4.3.1平行路網(wǎng)仿真結(jié)果57</p><p>　　4.3.2 格狀路網(wǎng)仿真結(jié)果59</p><p>　　4.3.3 環(huán)狀路網(wǎng)仿真結(jié)果62</p><p>　　4.3.3 結(jié)果分析64&

26、lt;/p><p><b>　　4.4 結(jié)論65</b></p><p><b>　　4.5 小結(jié)65</b></p><p>　　第四章 RTTIS與交通系統(tǒng)均衡66</p><p>　　5.1 交通系統(tǒng)中的均衡66</p><p>　　5.2植入RTTIS后系統(tǒng)的均衡

27、67</p><p>　　5.3 RTTIS作用下的交通均衡仿真設(shè)計(jì)68</p><p>　　5.3.1 路網(wǎng)結(jié)構(gòu)69</p><p>　　5.3.2 模型與算法70</p><p>　　5.3.3 參數(shù)與模型的校正72</p><p>　　5.3.4 評(píng)估參數(shù)選擇與設(shè)置73</p><

28、p>　　5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析73</p><p>　　5.4.1 不同網(wǎng)絡(luò)下的均衡狀態(tài)73</p><p>　　5.4.2 不同的均衡狀態(tài)下的交通效率75</p><p><b>　　5.5 結(jié)論77</b></p><p><b>　　5.6小結(jié)77</b></p>

29、<p>　　第五章 基于3S理論技術(shù)的RTTIS78</p><p>　　3.1現(xiàn)有RTTIS體系結(jié)構(gòu)及存在的問(wèn)題80</p><p>　　3.1.1現(xiàn)有RTTIS應(yīng)用框架80</p><p>　　3.1.2現(xiàn)有RTTIS存在的問(wèn)題81</p><p>　　3.2 GPS 在RTTIS 中的應(yīng)用擴(kuò)展83</p>

30、;<p>　　3.2.1GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與RTTIS中數(shù)據(jù)互動(dòng)83</p><p>　　3.2.2隱私保護(hù)問(wèn)題83</p><p>　　3.3 多光譜遙感在交通中的應(yīng)用84</p><p>　　3.3.1圖像增強(qiáng)方法85</p><p>　　3.3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與對(duì)比分析86</p><p>　　3

31、.3.3分析與結(jié)論90</p><p>　　3.4 面向?qū)ο蟮慕煌〞r(shí)-空數(shù)據(jù)張量模型91</p><p>　　3.4.1 現(xiàn)有交通時(shí)-空數(shù)據(jù)模型對(duì)比93</p><p>　　3.4.2 張量和張量運(yùn)算93</p><p>　　3.4.3 時(shí)-空對(duì)象的建立94</p><p>　　3.4.4 張量時(shí)-空數(shù)據(jù)模型

32、98</p><p>　　3.4.4.1 張量時(shí)空數(shù)據(jù)模型98</p><p>　　3.4.4.2應(yīng)用舉例98</p><p>　　3.4.5結(jié)語(yǔ)99</p><p>　　3.5基于3S的 RTTIS應(yīng)用框架100</p><p><b>　　3.6小結(jié)101</b></p>

33、;<p>　　第六章 總結(jié)與展望102</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義</p><p>　　1.1.1 選題背景</p><p>　　今天的中國(guó)，城市化進(jìn)程的提速帶來(lái)了城市發(fā)展日新月異。在1990－2000年城市化進(jìn)程以年均1%速度增長(zhǎng)，而

34、2000－2004年則達(dá)到1.5%，而這一增長(zhǎng)速度在最近幾年絲毫沒(méi)有放慢的跡象。隨之而來(lái)的是城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成了對(duì)城市交通的巨大壓力。北京、上海、廣州等大城市交通更是不堪重負(fù)。中央電視臺(tái)焦點(diǎn)訪談欄目曾經(jīng)報(bào)道中，對(duì)北京普通出行者做的抽樣調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在北京平均每天人們花在上下班出行時(shí)間在3-4個(gè)小時(shí)左右，這個(gè)時(shí)間花費(fèi)明顯已經(jīng)超出人們的容忍極限。雖然這并不是一個(gè)全面而精準(zhǔn)的調(diào)查報(bào)告，但是至少?gòu)囊粋€(gè)側(cè)面反映出北京的交通現(xiàn)狀,大城市交通出行已經(jīng)

35、成為一個(gè)難解熱題。其中，現(xiàn)階段最為主要的矛盾是人們?nèi)找嬖黾拥慕煌ㄐ枨螅ǔ鞘腥丝诘募眲≡鲩L(zhǎng)、頻繁的商業(yè)活動(dòng)、高效快捷的工作方式、家用車輛保有量的快速增長(zhǎng)等）與有限的交通資源（交通道路、停車場(chǎng)、交通系統(tǒng)承載力等）的矛盾。城市的高速發(fā)展致使交通形勢(shì)不斷惡化和交通效率不斷下降，交通堵塞日益嚴(yán)重導(dǎo)致交通出行代價(jià)的不斷攀升，嚴(yán)重的制約了城市的發(fā)展和人們正常的生活。由于城市發(fā)展中，交通硬件設(shè)施的提高是極其有限的，只有通過(guò)不斷挖掘交通系統(tǒng)的潛力來(lái)優(yōu)化交

36、通系統(tǒng)的效率，</p><p>　　各大城市都在提高現(xiàn)有交通資源的運(yùn)行效率上投入了大量財(cái)力物力，比如：北京路邊全程設(shè)置監(jiān)控?cái)z像裝置并安裝路磁感應(yīng)線圈收集實(shí)時(shí)交通和歷史交通數(shù)據(jù)；建立交通信息中心；路邊安置可變信息顯示牌來(lái)發(fā)布前方路段的實(shí)時(shí)交通信息；錯(cuò)峰上下班規(guī)定的出臺(tái)；建設(shè)交通廣播電臺(tái)等等。實(shí)時(shí)交通信息被用于優(yōu)化交通出行策略、避開交通擁堵路段、減少出行中汽車油耗，縮短旅行時(shí)間等有著近二十年的歷史。隨著城市的不斷發(fā)展

37、實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)即RTTIS(Real-time Traffic Information System)在現(xiàn)代交通生活中得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。通訊、電子、控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，使實(shí)時(shí)交通信息的采集、傳輸、分析、發(fā)布技術(shù)得到了空前的發(fā)展和完善，涌現(xiàn)出一大批應(yīng)用系統(tǒng)和工具，比如：應(yīng)用系統(tǒng)有美國(guó)的ATIS(Advanced Traveler Information System)[1]，歐洲的TMC(Traffic Message

38、Channel)，日本的VICS(Vehicle Information and Communication System)等；信息發(fā)布平臺(tái)有城市交通廣播，路邊可變信息顯示牌VMS</p><p>　　在大力發(fā)展和推廣RTTIS的同時(shí)，有一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要也需要得到進(jìn)一步的研究，那就是當(dāng)每個(gè)駕駛員都能便捷地接受到實(shí)時(shí)交通信息之后，交通系統(tǒng)能夠像我們想象的一樣獲得很大的提高么？誠(chéng)然這不是一個(gè)新的問(wèn)題，在1989年A

39、rnott在文“Does providing information to drivers reduce traffic congestion?”中提出[3]。這個(gè)問(wèn)題在近二十受到很多爭(zhēng)論和研究，然而越來(lái)越多的研究結(jié)論支持實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)的運(yùn)用提高了交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率。更有不少研究對(duì)實(shí)時(shí)交通信息在交通中駕駛員的使用比例作過(guò)系統(tǒng)的研究[4]。結(jié)論是：在在平行交通網(wǎng)絡(luò)中在使用RTTIS的出行者比例在0-60%時(shí)，交通系統(tǒng)能夠被優(yōu)化；在30%

40、-50%能夠最大限度的提升交通效率，而超過(guò)這一比例系統(tǒng)效率會(huì)逐漸下降。這就是說(shuō)RTTIS的推廣和普及達(dá)到一定程度后應(yīng)該受到限制，控制裝備的比例，否則就可能出現(xiàn)花錢濫用RTTIS對(duì)交通系統(tǒng)造成負(fù)面影響的現(xiàn)象。對(duì)此結(jié)論我們認(rèn)為僅僅基于先前的研究環(huán)境和條件得出的結(jié)論還不夠充分和準(zhǔn)確。</p><p>　　有關(guān)RTTIS技術(shù)發(fā)展是永無(wú)止境的，在近二十年，GIS(Geography Imformation System)、

41、RS(Remote Sensing)、GPS(Global Positioning System)3S技術(shù)迅速崛起與發(fā)展為智能交通系統(tǒng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持,其中實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、挖掘、表達(dá)個(gè)環(huán)節(jié)獲得了極大的收益。然而3S技術(shù)在其中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒(méi)有最大的發(fā)揮它的潛力，這需要我們相關(guān)科技工作者的不斷努力和創(chuàng)新提升系統(tǒng)性能，為廣大出行者提供更好的設(shè)施和服務(wù)。</p><p>　　RTTIS的廣泛應(yīng)

42、用和推廣，使得RTTIS在交通使用中的比例變得難以控制。尤其是商業(yè)模式的加入之后，使得每個(gè)生產(chǎn)廠商因?yàn)橹鹄透?jìng)爭(zhēng)而不斷加大推廣力度和市場(chǎng)占有率。我們是否存在濫用RTTIS技術(shù)？顯然前人研究結(jié)果給出的結(jié)論也不能回答我們現(xiàn)在所面臨的這個(gè)問(wèn)題。使用最新3S技術(shù)理論對(duì)RTTIS做出更進(jìn)一步的定性、定量研究是非常有必要的。</p><p>　　1.1.2 研究目的及意義</p><p>　　在上述背

43、景下本文研究目的在于推進(jìn)RTTIS在城市交通優(yōu)化中的應(yīng)用，力圖為解決目前城市交通擁擠難題做出貢獻(xiàn)。為此我們需要進(jìn)一步定性及定量地明確RTTIS在系統(tǒng)優(yōu)化中的作用及實(shí)施框架，引入最新的3S理論和技術(shù)對(duì)RTTIS系統(tǒng)框架進(jìn)行優(yōu)化和提高。從而為RTTIS進(jìn)一步發(fā)展及在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用提升提供理論和技術(shù)上的參考支持。</p><p>　　在城市交通優(yōu)化的強(qiáng)烈需求和RTTIS商業(yè)蓬勃發(fā)展之際，我們迫切需要進(jìn)行所需的相關(guān)理論

44、研究來(lái)指導(dǎo)和推動(dòng)城市交通的革新和提高。這樣不但能夠合理快速的提高城市交通效率，而且能夠避免盲目發(fā)展所帶來(lái)的時(shí)間和資源的浪費(fèi)。在美國(guó)的ATIS推出之前就曾作過(guò)大量的研究調(diào)查，曾一度因?yàn)檠芯拷Y(jié)論的支持不夠充分而一度被擱淺。他們發(fā)展RTTIS謹(jǐn)慎態(tài)度是值得我們借鑒的。</p><p>　　在交通實(shí)時(shí)信息的收集、整理、分析和發(fā)布的技術(shù)理論框架更新和提高具體研究方面，我們認(rèn)為：GPS在RTTIS中的應(yīng)用需要擴(kuò)展；在實(shí)時(shí)交通

45、信息的時(shí)-空數(shù)據(jù)模型方面的研究還需要進(jìn)一步深入；而遙感在RTTIS中的應(yīng)用由于成本和技術(shù)原因還沒(méi)有得到普遍的接受和認(rèn)可，但其應(yīng)用前景已受到廣泛的關(guān)注，研究?jī)r(jià)值巨大。</p><p>　　Wardrop[5]提出交通均衡理論之后，這一理論在交通領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用，但在多數(shù)情況下Wardrop均衡理論被用于交通的配流。從均衡理論的角度來(lái)看，在一個(gè)交通系統(tǒng)中植入RTTIS會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)什么樣的影響？能夠幫助系統(tǒng)

46、更快的達(dá)到交通均衡還是朝相反的方向發(fā)展？如果能夠得到交通均衡，那么這種交通均衡是不是能夠優(yōu)化了交通系統(tǒng)？這些問(wèn)題的回答和理解無(wú)疑是對(duì)更好優(yōu)化管理交通系統(tǒng)是至關(guān)重要的。</p><p>　　在以往的研究中常常忽略了交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響和作用，而在短時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)具體城市的的路網(wǎng)建立模型進(jìn)行研究和分析是不現(xiàn)實(shí)的，通過(guò)使用GIS理論技術(shù)對(duì)城市交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的疊加分解，我們將具有普適性的抽象路網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于RTTIS對(duì)交通系統(tǒng)效

47、率的影響研究。這樣使得研究結(jié)論具有更大的普適性和推廣性。</p><p>　　總而言之，城市交通優(yōu)化是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，而每次的投入又是巨大的，經(jīng)驗(yàn)告訴我們決策要慎之又慎。要搞清楚在城市交通優(yōu)化中，在交通系統(tǒng)中植入RTTIS后會(huì)對(duì)系統(tǒng)到底會(huì)有多大程度的優(yōu)化？多少比例的出行者裝備RTTIS系統(tǒng)效率能夠獲得最大的提高？交通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)不會(huì)影響RTTIS使用效果？這些問(wèn)題答案需要大量的定性、定量研究。</p&g

48、t;<p>　　1.2國(guó)內(nèi)外RTTIS研究應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　在近三十年RTTIS的研究和爭(zhēng)論從來(lái)就沒(méi)有間斷過(guò)，Arnott在1989提出發(fā)布交通實(shí)時(shí)信息能否減少交通阻塞之后，這方面的研究被推上高潮。RTTIS從20世紀(jì)八十年代開始受到強(qiáng)烈的關(guān)注和廣泛研究，下面我們就從評(píng)估主要方法、使用的交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和主要成果結(jié)論做出評(píng)述。</p><p>　　1.2.1 現(xiàn)有應(yīng)用

49、產(chǎn)品介紹</p><p>　　在經(jīng)歷幾十年的研究和發(fā)展，目前各類型的RTTIS在世界各國(guó)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，圖1-1圖解了目前RTTIS的應(yīng)用原理，首先各地分布各種傳感器將數(shù)據(jù)采集并傳送回信息中心，在信息中心數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理、挖掘、可視化處理后發(fā)送至終端用戶接受裝備上面。</p><p>　　圖1-1 實(shí)時(shí)交通信息工作示意圖</p><p>　　圖1-2(a)美國(guó)休斯敦A

50、TIS</p><p>　　圖1-2(b)谷歌實(shí)時(shí)電子地圖</p><p>　　而圖1-2(a,b)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的兩個(gè)美國(guó)休斯敦地區(qū)交通時(shí)是信息終端界面，在圖中用戶通過(guò)路段上不同顏色對(duì)交通狀態(tài)的表述來(lái)傳送各區(qū)域交通狀況，而用戶也可以直接通過(guò)路段上設(shè)置的攝像槍直接觀察路面交通狀況自己判定路面交通狀況，然而我們不得不說(shuō)這種方式的信息會(huì)給用戶自己帶來(lái)較大困難和工作，因?yàn)槊恳晃挥脩舨⒉皇墙煌ǚ?/p>

51、面的專業(yè)人士，他們的判斷往往不可靠，同時(shí)給他們的出行帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)。下面我們看看世界各國(guó)在RTTIS方面的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展。</p><p><b>　　美國(guó)的研究情況</b></p><p>　　圖1-3美國(guó)智能交通組成</p><p>　　在智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Traffic System ) 的概念提出之前，歐

52、洲的RTI（Road Transport Informatics）、ATT（Advanced Transport Telematics）、美國(guó)的IVHS（Intelligent Vehicle－Highway Systems）都是ITS雛形。在美國(guó)，ITS的研究由7個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成[6]，如圖1-3。其中的ATIS主要面向普通出行者，為出行者在出行前或者在旅行途中不斷接受目的地的有關(guān)的實(shí)時(shí)交通信息，使得他們能夠規(guī)劃出行、選擇最優(yōu)路線、避開交

53、通擁擠、減少出行時(shí)間。</p><p>　　ATIS通過(guò)通信系統(tǒng)將信息中心的信息發(fā)布到諸如：車載動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)、可變信息板、Internet的Web頁(yè)面上等出行者能夠方便接受的觀察的終端設(shè)備上，以便出行者能夠方便的獲取所需要的信息。ATIS提供多種交通方式的相關(guān)信息，出行者可以根據(jù)自身需要選擇自己認(rèn)可的出行方式。ATIS在美國(guó)有著廣泛的用戶群體，并取得了很大的成功。下面我們就以ATIS為例介紹下RTTIS 應(yīng)用

54、現(xiàn)狀。</p><p>　　ATIS在美國(guó)已經(jīng)有多年的研究和應(yīng)用，在對(duì)出行者的接收交通信息后受益程度進(jìn)行研究調(diào)查差的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)所提到的ATIS系統(tǒng)都具有極大的興趣，其中有60%的出行者在出行前或出行中會(huì)收聽實(shí)時(shí)交通信息廣播 [7]。</p><p>　　ATIS的信息發(fā)布通道可分成五類[8]：</p><p>　?。╨）區(qū)域性的地方廣播系統(tǒng)，如各地方交通有線

55、電視頻道、廣播電臺(tái)、交通數(shù)據(jù)專用電臺(tái)RDS－TMC（Radio Data System―Traffic Message Channel）、交通數(shù)據(jù)傳呼。</p><p>　?。?）地理上局部小范圍的路邊信息發(fā)布平臺(tái)，如路邊可變信息牌、HAR（Highway Advisory Radio）。HAR的發(fā)射功率相對(duì)區(qū)域性地方廣播系統(tǒng)而言小，只會(huì)在很小的局部地方可以收、發(fā)廣播的信息，而信息的內(nèi)容只是有關(guān)該局部范圍的交通狀

56、況信息；</p><p>　?。?）雙向無(wú)線通信系統(tǒng)，例如：GSM或CDPD移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；</p><p>　　（4）基于Internet的web技術(shù)的信息發(fā)布平臺(tái)，如谷歌、必應(yīng)（Bing）等。</p><p>　　（5）專線電話或信息臺(tái)，利用電話系統(tǒng)向出行者提供交通信息咨詢服務(wù)。</p><p>　　從通信系統(tǒng)的分類來(lái)看，ATIS在信息

57、可覆蓋范圍幾乎能夠到達(dá)每一個(gè)人為活動(dòng)區(qū)域。表1-1例舉了美國(guó)90年代在RTTIS方面研究的主要項(xiàng)目，在這一時(shí)期美國(guó)在RTTIS研究方面是一個(gè)高潮時(shí)期。事實(shí)證明這些研究的成果在現(xiàn)在的系統(tǒng)得到了應(yīng)用發(fā)展。</p><p><b>　　日本的研究情況</b></p><p>　　日本是汽車主產(chǎn)大國(guó)，其國(guó)土面積小，居住密集度大，交通優(yōu)化是長(zhǎng)期被重視和發(fā)展的，日本在RTTIS系

58、統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用方面均居于世界領(lǐng)先地位。從1995年起日本建立VICS中心之后，陸續(xù)在各大城市建立交通信息廣播電臺(tái)，表1-2列舉了電臺(tái)建立時(shí)間、地點(diǎn)及數(shù)量。</p><p>　　其實(shí)，早在1973年日本就進(jìn)行了CACS（Comprehensive Automobile Traffic Control System）的項(xiàng)目，該項(xiàng)目的通訊系統(tǒng)基于RF射頻，該項(xiàng)目對(duì)個(gè)體進(jìn)行</p><p>　　動(dòng)

59、態(tài)路徑誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)時(shí)交通誘導(dǎo)可以減少13％的行程時(shí)間的論斷，但是在市場(chǎng)發(fā)展的前景在當(dāng)時(shí)卻不被看好，所以此次試驗(yàn)后，類似項(xiàng)目并沒(méi)有繼續(xù)。</p><p>　　表1-1 90年代美國(guó)RTTIS研究主要項(xiàng)目</p><p>　　在八十年代日本又進(jìn)行了RACS和AMTIC兩項(xiàng)研究，短波信標(biāo)通信、調(diào)頻FM副載波和移動(dòng)數(shù)據(jù)蜂窩電臺(tái)三種通信方式被列入發(fā)展計(jì)劃。1990年，VICS（Vehicle I

60、nformation Communication Systems）在前期項(xiàng)目的基礎(chǔ)上在日本建立了世界上首個(gè)交通信息服務(wù)系統(tǒng)。VICS1993年試運(yùn)行，1996年正式提供信息服務(wù)，其覆蓋區(qū)域包括主要高速公路和東京等大城市。 VICS播發(fā)的實(shí)時(shí)交通信息的內(nèi)容主要有：地點(diǎn)間的平均行程時(shí)間、交通擁擠狀況、廣域最憂路徑選擇、道路施工狀況、事故、停車場(chǎng)信息和天氣情況等。</p><p>　　表1-2 90年代日本為VICS

61、建立電臺(tái)情況表</p><p>　　強(qiáng)化的城市交通管理系統(tǒng)UTMS（Urban Traffic Management Systems）目前也正在日本部署，并與VICS相兼容，路段行程時(shí)間的采集采用紅外信標(biāo)進(jìn)行。日本 VICS中心是24小時(shí)全天候工作的，VICS車載機(jī)被裝備在汽車上面，用戶可以通過(guò)它接受實(shí)時(shí)交通信息。對(duì)于個(gè)人來(lái)說(shuō)VICS所提供的信息可以幫助駕駛員選擇最短路徑、減緩交通阻塞路段的交通壓力、更短時(shí)間找到

62、停車場(chǎng)。對(duì)于社會(huì)來(lái)講，VICS系統(tǒng)能能夠優(yōu)化交通系統(tǒng)執(zhí)行效率，減少燃油使用從而降低環(huán)境污染。自2002年起，日本的VICS中心逐漸開始向手機(jī)、PC機(jī)、IPOD等終端提供有償服務(wù)，拓寬VICS系統(tǒng)的服務(wù)終端的范圍。</p><p><b>　　歐洲的研究情況</b></p><p>　　歐洲的RTTIS項(xiàng)目也是向出行者提供實(shí)時(shí)交通信息，信息的主要內(nèi)容包括：當(dāng)前及預(yù)報(bào)的天

63、氣條件、交通狀況、停車場(chǎng)車位信息、備選交通方式（如：公交〕及旅館和飯店的地理位置信息等。這些項(xiàng)目研究的重點(diǎn)是：（1）提高交通信息質(zhì)量：（2）提高通訊效率和質(zhì)量；（3）改進(jìn)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)。</p><p>　　歐洲11國(guó)英國(guó)、德國(guó)、意大利等聯(lián)合制定ALERT-C協(xié)議，開通交通數(shù)據(jù)專用電臺(tái)RDS一TMC的廣播，能夠向用戶提供實(shí)時(shí)交通信息?；诩t外信標(biāo)通信，德國(guó)和英國(guó)聯(lián)合開發(fā)出：LISB系統(tǒng)和Autoguide系統(tǒng)，但是

64、二者都是基于歷史數(shù)據(jù)對(duì)車輛進(jìn)行誘導(dǎo)，其中Autoguide使用交通面控系統(tǒng)的環(huán)形檢測(cè)線圈所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)路徑計(jì)算時(shí)。而后英國(guó)推出了最早的商用車載路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)TrafficMaster（該系統(tǒng)已經(jīng)演化為具有提供語(yǔ)音信息功能的Trafficmate），提供甚至包括延誤原因、車輛行駛速度等細(xì)節(jié)性信息?；贚ISB，德國(guó)西門子公司開發(fā)了Ali－Scout系統(tǒng)（也稱為Euro-Scout），它不但銷售、安裝到德國(guó)柏林等歐洲城市，也賣給美國(guó)密歇

65、根州的奧克蘭，系統(tǒng)基于紅外信標(biāo)通信方式，由中心給出自由路徑的路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，因?yàn)樾枰罅堪惭b路邊的紅外信標(biāo)，投資很大。柏林交通部門認(rèn)為大量投資在短期之內(nèi)難以收回，在商業(yè)推廣上有問(wèn)題，遂停止了安裝該系統(tǒng)?；诩t外信標(biāo)和RDS一TMC交通廣播系統(tǒng)，德國(guó)斯圖加特的STORM項(xiàng)目開發(fā)了雙模式路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)。PROMETHEUS（Program for an E</p><p>　　RDS-TMC的優(yōu)勢(shì)在于它在歐洲有著20多年

66、的發(fā)展歷史,運(yùn)行的商業(yè)模式非常成熟。RDS-TMC能夠覆蓋系統(tǒng)的各個(gè)部分，用密布的感應(yīng)器、攝像裝置連續(xù)地監(jiān)控車流，傳回?cái)?shù)據(jù)中心，經(jīng)過(guò)中心設(shè)備、人員的處理后再以地圖標(biāo)示或文字信息的形式發(fā)送給出行者。TMC的信息傳輸可以使用無(wú)線通信技術(shù)（FM無(wú)線調(diào)頻系統(tǒng)、GSM/GPRS、數(shù)字廣播等），幫助終端駕駛員更好的選擇、規(guī)劃路徑。駕駛員實(shí)時(shí)接收交通信息并隨時(shí)修正行駛路線盡可能的避免交通堵塞，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的交通出行。</p><p&g

67、t;　　在歐洲，RDS-TMC為消費(fèi)者提供服務(wù)模式的選擇也很靈活，既有免費(fèi)也有收費(fèi)服務(wù)。其中，免費(fèi)的業(yè)務(wù)已經(jīng)覆蓋多達(dá)14個(gè)國(guó)家，而收費(fèi)業(yè)務(wù)目前僅僅只在英、法、德三個(gè)國(guó)家實(shí)行。收費(fèi)業(yè)務(wù)相對(duì)免費(fèi)業(yè)務(wù)擁有更加詳盡和高效的信息。目前，應(yīng)用比較成熟并受到市場(chǎng)廣泛認(rèn)可的產(chǎn)品有導(dǎo)世通的TrafficSam，它將個(gè)人導(dǎo)航軟件集成在導(dǎo)世通中，接受實(shí)時(shí)交通信息，用戶既可以選取系統(tǒng)給出的優(yōu)化路徑，也可自行在導(dǎo)航設(shè)備上查看實(shí)時(shí)路況信息，按個(gè)人喜好自行選擇路徑。

68、導(dǎo)世通一次性收取60多歐元費(fèi)用后，不再另外在通訊上收取其他費(fèi)用。這個(gè)收費(fèi)方式使得它受到市場(chǎng)消費(fèi)者的極大歡迎。</p><p>　　我國(guó)的RTTIS研究</p><p>　　我國(guó)的實(shí)施交通信息系統(tǒng)研究起步較晚，處于對(duì)國(guó)外現(xiàn)有RTTIS研究、引進(jìn)、學(xué)習(xí)、消化和應(yīng)用階段。國(guó)家“九五”規(guī)劃期間，“城市交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)理論模型和方法研究” （國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目）是我國(guó)最早有關(guān)RTTIS科研項(xiàng)目。

69、該項(xiàng)目的研究怎樣以現(xiàn)有城市交通控系統(tǒng)資源為基礎(chǔ)，針對(duì)我國(guó)混合交通的實(shí)際情況，在對(duì)時(shí)動(dòng)態(tài)交通信息深入研究之后，開發(fā)能夠可使用的出行者信息或動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)交通分配、實(shí)時(shí)交通預(yù)測(cè)和為出行者提供交通誘導(dǎo)的功能[14]。2008年由武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室交通研究中心牽頭的“863”課題“基于動(dòng)態(tài)信息的智能導(dǎo)航軟件與應(yīng)用系統(tǒng)”在武漢大學(xué)通過(guò)檢驗(yàn)。</p><p>　　在2008年奧運(yùn)會(huì)期間，

70、基于北京嚴(yán)峻的交通形勢(shì)，，北京在交通方面做了大量的工作。其中包括：在路邊設(shè)置可視交通信息顯示牌；在主干道快速路上每隔500左右安裝了固定探測(cè)器，用于交通流的數(shù)據(jù)采集。采集技術(shù)包括：微波、視頻、牌照識(shí)別、環(huán)形圖檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等技術(shù)。除了可變顯示牌之外還通過(guò)交通廣播電臺(tái)、交通信息服務(wù)網(wǎng)站，甚至有針對(duì)個(gè)人的手機(jī)短信方式發(fā)布實(shí)時(shí)交通信息。這些措施在一定程度上緩解了交通壓力。 </p><p><b>　　應(yīng)用

71、總結(jié)</b></p><p>　　中國(guó)和美國(guó)、歐洲和日本存在諸多差異性，如果將國(guó)外的模式照搬進(jìn)來(lái)顯然也是不合適的，比如國(guó)內(nèi)數(shù)字廣播技術(shù)起步晚，地方上專用RDS廣播電臺(tái)的規(guī)模和質(zhì)量上都無(wú)法和國(guó)外相比。在發(fā)達(dá)國(guó)家汽車的普及在先，而車載通訊導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展也是先于手機(jī)的發(fā)展。在中國(guó)，因?yàn)闅v史的原因，汽車的普及才剛剛開始，而手機(jī)卻已完全同步與西方發(fā)達(dá)國(guó)家。所以在中國(guó)手機(jī)的導(dǎo)航發(fā)展還快于車載導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。 中國(guó)

72、手機(jī)用戶已達(dá)世界第一，所以導(dǎo)世通在國(guó)內(nèi)推廣TMC，將目光投向GPRS終端。在2006年第一屆北京國(guó)際交通信息應(yīng)用與服務(wù)論壇上，導(dǎo)世通與本土TMC信息服務(wù)供應(yīng)商世紀(jì)高通聯(lián)合宣布，將在國(guó)內(nèi)率先搭建TMC平臺(tái)。隨后導(dǎo)世通和世紀(jì)高通合作開展一系列研發(fā)和測(cè)試，因地制宜借鑒歐洲市場(chǎng)的技術(shù)和應(yīng)用。2007年6月6日，北京市交通委、北京移動(dòng)及北京2008奧組委聯(lián)合舉辦的發(fā)布會(huì)，導(dǎo)世通和世紀(jì)高通展示了測(cè)試版的TMC。</p><p&g

73、t;　　作為RTTIS信息發(fā)布的核心環(huán)節(jié)之一的通信，直接關(guān)系到RTTIS現(xiàn)實(shí)的作用范圍和傳送信息類型的質(zhì)量，從中國(guó)國(guó)情來(lái)看，中國(guó)無(wú)線移動(dòng)通信的最大運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積幾乎涵蓋所有的有人活動(dòng)的區(qū)域，其傳輸質(zhì)量也非常穩(wěn)定，目前中國(guó)的3G、4G通信的發(fā)展非常迅速，這為其以后在高速大容量數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)。使用無(wú)線移動(dòng)通信作為RTTIS通信承載無(wú)疑是有著非常美好的發(fā)展前景。 </p><p>　　1.2

74、.2 評(píng)估RTTIS效率所用的方法</p><p>　　宏觀和微觀尺度的相關(guān)研究</p><p>　　宏觀尺度上的研究忽略許多細(xì)節(jié)，如：不同車道之間的交通車輛的相互影響、不同種類交通工具的差異性、交通地理因素的影響等等，主要從宏觀角度對(duì)RTTIS進(jìn)行研究。這種尺度上的研究便于把握宏觀主體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化研究手段、建模和計(jì)算復(fù)雜度，能夠快速的抓住問(wèn)題的主要矛盾。各個(gè)不同的科研機(jī)構(gòu)提供了許多相關(guān)的宏

75、觀仿真軟件包：DYNAMIT, FREFLO和NETCACI。 Jayakrishnan就使用DYNASMART研究ATIS的應(yīng)用怎樣減少交通阻塞[15]。 Uno使用宏觀仿真研究交通信息和旅行時(shí)間穩(wěn)定性進(jìn)行了研究[16]。 </p><p>　　相反從微觀尺度上來(lái)對(duì)RTTIS進(jìn)行研究，能夠細(xì)致的考慮到現(xiàn)實(shí)中每個(gè)細(xì)節(jié)對(duì)研究結(jié)果的影響。更能夠反映系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行狀況，便于發(fā)現(xiàn)每個(gè)微觀尺度上因子對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的影響。隨

76、著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，其強(qiáng)大的計(jì)算能力隨著摩爾定律的不斷刷新紀(jì)錄，微觀仿真被越來(lái)越多的研究者所選用。其中受到廣泛應(yīng)用的軟件有 VISSIM, MITSIM, PARAMICS 和 CORSIM等等。Rickert使用 TRANSIMS 來(lái)研究動(dòng)態(tài)當(dāng)系統(tǒng)裝備RTTIS時(shí)交通的配流問(wèn)題[17]。 劉天亮應(yīng)用基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的微觀仿真方法研究駕駛員在不同交通信反饋策略下的變道行為[18]。</p><p>　

77、　靜態(tài)和動(dòng)態(tài)研究的對(duì)比</p><p>　　靜態(tài)研究實(shí)在有條件的情況下忽略了交通的動(dòng)態(tài)性，靜態(tài)研究簡(jiǎn)化了交通變化形式，容易建立數(shù)學(xué)推導(dǎo)模型并得到與其相應(yīng)的研究結(jié)果。Arnott使用的就是靜態(tài)研究方法來(lái)研究實(shí)時(shí)交通信息對(duì)交通系統(tǒng)和每個(gè)交通單元影響[3]。Emmerink使用經(jīng)濟(jì)均衡模型研究駕駛員在交通中獲得交通信息支持后的受到的影響[19]。</p><p>　　動(dòng)態(tài)方法在今年被越來(lái)越多的應(yīng)

78、用在交通系統(tǒng)研究中，這是因?yàn)槠涓辖煌ㄏ到y(tǒng)是一個(gè)快速演化的動(dòng)態(tài)過(guò)程這一現(xiàn)象。尤其在交通仿真技術(shù)日益成熟，計(jì)算機(jī)功能和運(yùn)算能力空前強(qiáng)大的今天，使得仿真軟件在交通狀態(tài)變化中的動(dòng)態(tài)跟蹤、監(jiān)控、紀(jì)錄變得十分便利。這為RTTIS的研究更上一個(gè)臺(tái)階提供了良好的基礎(chǔ)條件。Ben-Elia采用動(dòng)態(tài)研究方法對(duì)在RTTIS與駕駛員經(jīng)驗(yàn)聯(lián)合影響下駕駛員路徑選擇行為進(jìn)行了研究[20]。</p><p><b>　　分析方法和

79、仿真方法</b></p><p>　　分析方法注重使用數(shù)學(xué)模型來(lái)求定量解。分析方法通常使用為微分方程式來(lái)構(gòu)建模型如：排隊(duì)模型[21]、駕駛員隨機(jī)行為模型[22]、瓶頸模型[3]等等。然而由于交通的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，交通的連續(xù)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象始終難以通過(guò)方程式來(lái)予以捕捉。</p><p>　　仿真方法建立了RTTIS、交通系統(tǒng)和車輛多智能體之間動(dòng)態(tài)規(guī)則，使得交通狀態(tài)之間的變化通過(guò)模型運(yùn)算得

80、到再現(xiàn)。Wahle就運(yùn)用基于Agent技術(shù)的仿真技術(shù)研究在平行路網(wǎng)中的實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)進(jìn)行研究[23]。仿真方法使得研究人員能夠觀察和得到連續(xù)結(jié)果和場(chǎng)景，易于在感性和理性上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究。交通仿真方法在交通研究中被大量采用，如Jayakrishnan年對(duì)交通通阻塞的研究就是采用仿真方法[15]。</p><p><b>　　獨(dú)立和混合模型</b></p><p>　　獨(dú)立

81、模型主要將用于獨(dú)立時(shí)間的研究，比如：交通行人路徑選擇模型、跟隨模型、車輛行為模型等等。這樣的模型使用主要能夠是研究這將一些與其他因素相關(guān)性較小或者暫不考慮其他因素的干擾繞的情況下對(duì)交通問(wèn)題進(jìn)行研究。這個(gè)方法能夠簡(jiǎn)化研究問(wèn)題，深入研究單獨(dú)的問(wèn)題。Hall使用排隊(duì)模型研究RTTIS的市場(chǎng)占有率對(duì)交通系統(tǒng)的影響[22]。Chootinan使用Lindsey的瓶頸模型研究實(shí)時(shí)交通在交通阻塞方面的影響[24]。而混合模型的使用恰恰相反，能夠?qū)⒏?/p>

82、的相互關(guān)聯(lián)的因素考慮在一起，能夠最大限度的接近事物的本來(lái)面目（我們知道在這個(gè)世界上沒(méi)有完全孤立的事物，從哲學(xué)上來(lái)講事務(wù)具有普遍聯(lián)系的性質(zhì)），但是混合模型的使用使得研究變得更加復(fù)雜，研究這不僅僅只需要考慮單個(gè)模型的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，而且要將所有使用模型從系統(tǒng)的角度來(lái)進(jìn)行研究使用。當(dāng)研究一個(gè)復(fù)雜的交通問(wèn)題時(shí)，交通出行者的路經(jīng)過(guò)選擇行為、交通燈、交通網(wǎng)絡(luò)等各因素需要整合考慮。在交通研究中，混合模型被大量采用。 Abdalla采用線性混合模型研究交通

83、出行旅行時(shí)間變化問(wèn)題[25]。Jayakrishnan 使用CONTRAM 和DYNASMART模型結(jié)合研究如何RT</p><p><b>　　方法總結(jié)</b></p><p>　　在上述方法中，每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)及適用的的范圍。根據(jù)不同的研究目的和對(duì)象，采用相對(duì)應(yīng)的研究手段和方式才能夠更好的進(jìn)行研究。從上述方法對(duì)比分析中我們可以看出，宏觀尺度上的研究已于

84、簡(jiǎn)化研究問(wèn)題，把更多的資源配置在宏觀現(xiàn)象的研究上，而當(dāng)宏觀方法進(jìn)行研究之后，需要對(duì)局部細(xì)節(jié)研究時(shí)，微觀尺度上的研究就更適于進(jìn)行進(jìn)一步的研究。靜態(tài)方法易于列出方程式求解，但是面對(duì)連續(xù)演化的交通問(wèn)題，只能采用動(dòng)態(tài)研究手段。分析方法更多地從數(shù)學(xué)角度來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析建模，而仿真方法著重于對(duì)現(xiàn)象的重現(xiàn)于演化，二者是互相補(bǔ)充的。最后獨(dú)立和混合模型問(wèn)題上，獨(dú)立模型相對(duì)混合模型更具有針對(duì)性，混合模型能夠能夠博眾家之長(zhǎng)于一身，對(duì)于解決復(fù)雜問(wèn)題的建模、仿真

85、等更具有適應(yīng)性。對(duì)于RTTIS的動(dòng)態(tài)評(píng)估，出行者基于實(shí)時(shí)交通信息動(dòng)態(tài)選擇路徑，是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)演化過(guò)程，它需要以上方法綜合運(yùn)用，才能夠很好的建立研究問(wèn)題的模型。</p><p>　　1.2.3 RTTIS評(píng)估研究中的交通網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　在以往的研究中，在研究實(shí)時(shí)交通信息時(shí)主要使用兩種不同的類型的網(wǎng)絡(luò)：一種是基于圖論的抽象路網(wǎng)；而另外一種是基與真實(shí)世界某一的指定路網(wǎng)。在使用抽象

86、路網(wǎng)時(shí)，為了簡(jiǎn)化研究的復(fù)雜度，易于建立數(shù)學(xué)抽象模型，交通路網(wǎng)的具體地理要素（路網(wǎng)寬度、地理空間的特征、實(shí)際距離等）被忽略或被同一轉(zhuǎn)化為路徑阻抗因素。路網(wǎng)結(jié)構(gòu)因素也被簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的平行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行實(shí)時(shí)交通信息研究的占據(jù)了多數(shù)。而對(duì)于真實(shí)路網(wǎng)，其所有數(shù)據(jù)均來(lái)自特定的相對(duì)應(yīng)地區(qū)，這樣使得研究的結(jié)論普適性下降。</p><p>　　Arnott使用的就是簡(jiǎn)單的平行路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的抽象路網(wǎng)[3]。Jayakrish

87、nan使用10條平行的路徑[4]，其中使用三條橫向路徑（與10條相垂直將）將10條路徑相連通的路網(wǎng)來(lái)進(jìn)行研究交通路徑優(yōu)化選擇研究，不過(guò)它使用的路網(wǎng)是基于圖論的路網(wǎng)，路段本身沒(méi)有任何地理意義。Ziegelmeyer使用平行路網(wǎng)研究公共交通信息對(duì)交通系統(tǒng)的影響[26]。 Davis應(yīng)用三相模型也運(yùn)用平行路網(wǎng)研究植入RTTI后系統(tǒng)的均衡狀態(tài)[27]。簡(jiǎn)單的平行路網(wǎng)由一條主道和一條輔道共同構(gòu)成。</p><p>　　相對(duì)

88、簡(jiǎn)單平行路網(wǎng)，使用真實(shí)路網(wǎng)的來(lái)進(jìn)行研究的少了許多。Abdalla 使用真實(shí)路網(wǎng)構(gòu)造了25個(gè)節(jié)點(diǎn)和40與節(jié)點(diǎn)相連接通路的路網(wǎng)[25]。在這路網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，使用給出行者裝備不同類型的RTTIS。Wise在報(bào)告中稱雖然使用真實(shí)路網(wǎng)來(lái)研究交通實(shí)時(shí)信息使其研究結(jié)果更接近于真實(shí)情況，但是這種研究方法所得到的結(jié)論很難推行和應(yīng)用到其他具體的地方，因?yàn)槊總€(gè)地方的情況都有差別[28]。</p><p>　　沒(méi)有研究使用多樣性的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)

89、對(duì)實(shí)時(shí)交通信息和交通效率做過(guò)具體的研究。Arnott也曾經(jīng)建議使用更多和更加復(fù)雜的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)交通信在交通系統(tǒng)中所起的作用進(jìn)行進(jìn)一步的研究[3]。Ge也指出路網(wǎng)容量的提高不僅僅與實(shí)時(shí)交通信息有關(guān)，同時(shí)和路網(wǎng)的特征有關(guān)[29]。在本文中，我們將充考慮路網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)效果的影響，并引入基于城市通用到道路結(jié)構(gòu)的抽象路網(wǎng)（平行、格狀、環(huán)形路網(wǎng)）來(lái)做研究，同時(shí)賦予每種路網(wǎng)的地理要素（路寬，長(zhǎng)度、方向等），也就是說(shuō)他們不是圖論中的抽象

90、路網(wǎng)，每種路網(wǎng)的地理要素也同時(shí)被考慮在內(nèi)。</p><p>　　1.2.4 RTTIS評(píng)估研究的主要發(fā)現(xiàn)</p><p>　　現(xiàn)有的文獻(xiàn)主要的研究結(jié)論是以下三個(gè)方面：</p><p>　　第一個(gè)方面，是有關(guān)RTTIS對(duì)交通效率影響，這方面的研究在Arnott 提出實(shí)時(shí)交通信息介入交通系統(tǒng)是否提高了整個(gè)交通系統(tǒng)和每個(gè)出行者的交通效率之后，受到廣泛關(guān)注和研究。Arnot

91、t在他本人的研究中指出，實(shí)時(shí)交通信息只對(duì)每一個(gè)裝備RTTIS的出行者有益，但是對(duì)整個(gè)交通系統(tǒng)的影響是不好的，反而降低了整個(gè)交通系統(tǒng)的效率[3]。然而，Chorus在他們的兩篇文章中均贊同RTTIS對(duì)整體交通系統(tǒng)和個(gè)體出行者均有益的結(jié)論[30, 31]。 Abdalla在研究得出在收到實(shí)時(shí)交通信息和交通管理者的建議之后，出行者能節(jié)約44.7%的旅行時(shí)間[25]。Ben-Elia在他的研究報(bào)告中也肯定了出行者的實(shí)時(shí)交通信息獲取的正面作用，他

92、進(jìn)一步指出尤其對(duì)于不熟悉旅行路線中路網(wǎng)狀況的人更能夠獲得收益[20]。Ziegelmeyer對(duì)比了兩個(gè)是有關(guān)公共交通信息的實(shí)驗(yàn)研究，他發(fā)現(xiàn)出行者會(huì)因?yàn)榻邮軐?shí)時(shí)交通信息之后會(huì)使得他們的出行到達(dá)時(shí)間分布在一個(gè)更加寬廣的時(shí)間范圍內(nèi)，這樣使得他們能錯(cuò)開交通高峰期和避開交通阻塞時(shí)段出行，減緩了交通壓力，節(jié)約了出行者的旅行時(shí)間[26]。Davis在試驗(yàn)中模擬在實(shí)施交通信息的作用下交通系統(tǒng)均</p><p>　　第二點(diǎn) ，很多

93、研究者提出，在某些情況下，提供實(shí)時(shí)交通信息會(huì)使得出行者的群體性感應(yīng)，選擇相同或相近的路徑和出行方式造成了新的交通堵塞。在有些文獻(xiàn)中將這一現(xiàn)象成為交通波動(dòng)。有許多研究者在實(shí)驗(yàn)中觀察到這一現(xiàn)象并試圖解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。Ben-Akiva在試驗(yàn)中觀察到很多的出行者對(duì)同一實(shí)時(shí)交通信息做出了相同或相近的反映，造成了備選路徑上的出現(xiàn)了新的交通阻塞[33]。Stern在他的論文中指出提供實(shí)時(shí)交通信息該駕駛員能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，但是這也會(huì)造

94、成在備選路徑上出現(xiàn)新的交通堵塞[34]。Selten表示在交通仿真中這種出現(xiàn)在主要同行路段和備選路段上的交通波動(dòng)使得交通仿真無(wú)法收斂到穩(wěn)定狀態(tài)[35]。Wahle也發(fā)現(xiàn)車流量的波動(dòng)出現(xiàn)在裝備RTTIS系統(tǒng)之后，他將這一現(xiàn)象歸結(jié)為兩點(diǎn)： (1) 交通出行者被RTTIS告知在某一路段出現(xiàn)交通堵塞，并選擇統(tǒng)一替換路徑，從而造成這一路段的車流量急劇增加，制造了新的交通堵塞。(2) 就是交通實(shí)時(shí)信息的延遲，造成了人們不能及時(shí)更新交通信息，影響了路

95、徑的及時(shí)修正，使得系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍，出現(xiàn)交通堵塞時(shí)不能減少車輛向這一區(qū)域的聚集，而路段暢通是也不能及時(shí)更新，造</p><p>　　第三點(diǎn)，研究者們?cè)趯?duì)是否要大量普及RTTIS及RTTIS裝備比例不斷的上升是否能夠線性的連續(xù)提高交通系統(tǒng)的效率，存在爭(zhēng)議和疑問(wèn)。他們希望能能夠找出具體的裝備比例，既要裝備多少比例的RTTIS系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)化？。Jayakrishnan的研究結(jié)論認(rèn)為連續(xù)增加RTTIS的裝備比例能夠自動(dòng)持

96、續(xù)的提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，他們進(jìn)一步指出在一個(gè)平行網(wǎng)絡(luò)中最高能夠提高20%到30%[36]。但是在后來(lái)的研究中， Jayakrishnan在1993又進(jìn)一步得出了持續(xù)增加RTTIS的裝備比例能夠連續(xù)提高交通系統(tǒng)效率，但是如果RTTIS的裝備比例超過(guò)50%，那么交通系統(tǒng)的效率就反而出現(xiàn)下降的現(xiàn)象[15]。Hall在1996年在他所做的實(shí)驗(yàn)中卻證明RTTIS市場(chǎng)占有率的持續(xù)提供高至少不會(huì)對(duì)交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)造成傷害[37]。Stern在1996年在其

97、研究中建議將RTTIS提供給部分的出行者比給所有出行者對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化程度更高些[34]。</p><p>　　最后，很多文獻(xiàn)都聚焦在RTTIS系統(tǒng)的時(shí)間遲滯（time lag)，研究者們認(rèn)為RTTIS在信息采集、處理、發(fā)送、駕駛員的回應(yīng)這一過(guò)程中存在時(shí)間遲滯。并認(rèn)為交通信息系統(tǒng)時(shí)間的遲滯是產(chǎn)生交通波動(dòng)的原因之一。Stern在1996年的試驗(yàn)研究論文中提出交通信息系統(tǒng)存在時(shí)間遲滯[34]。Engleson在2003在他

98、的研究論文中指出交通流的波動(dòng)就是系統(tǒng)時(shí)間遲滯所導(dǎo)致的[21]。</p><p>　　1.2.5 研究中尚未解決的問(wèn)題</p><p>　　在上述研究中存在著一個(gè)很大的問(wèn)題，那就是研究者們忽略的路網(wǎng)的空間結(jié)構(gòu)，上述所有的成果基本上是建立在簡(jiǎn)單平行路網(wǎng)結(jié)構(gòu)上。而部分基于真實(shí)路網(wǎng)的研究，它的結(jié)果不具有普適性。從研究問(wèn)題的思路，將復(fù)雜現(xiàn)象抽象為簡(jiǎn)單問(wèn)題的研究思路上來(lái)看采用簡(jiǎn)單平行網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑是非常明智

99、的的方法，可是卻忽略的交通承載路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特性。在RTTIS日益普及的今天，RTTIS過(guò)高裝備比例會(huì)惡化交通系統(tǒng)執(zhí)行能力這一研究結(jié)論如果成立，那么是不是會(huì)意味著我們花更多的錢來(lái)惡化交通呢？顯然這是很矛盾的，為此這個(gè)問(wèn)題急需要進(jìn)一步研究并確認(rèn)。</p><p>　　Wordrop均衡被大量用于交通配流及交通能夠優(yōu)化過(guò)程中，但是人們卻很少研究在系統(tǒng)中是否真真存在這一均衡，而在系統(tǒng)的優(yōu)化中交通均衡往往是優(yōu)化者追求的目標(biāo)重

100、要目標(biāo)之一。交通那個(gè)系統(tǒng)中植入RTTIS后，其均衡狀態(tài)狀況是一個(gè)值得研究的問(wèn)題，并且它與系統(tǒng)優(yōu)化之間的關(guān)系也需要進(jìn)一步明確。</p><p>　　除了上述RTTIS效率研究中的所提到的問(wèn)題之外，3S理論與技術(shù)在RTTIS中的應(yīng)用目前還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)和優(yōu)化。其中，GPS的應(yīng)用還具有很大的擴(kuò)展?jié)摿?，?dòng)態(tài)OD矩陣的確定一直是交通研究的中的難題，而這一問(wèn)題往往是交通優(yōu)化的與預(yù)測(cè)的核心數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)交通信息通常被認(rèn)為是信息提

101、供者，其作為信息服務(wù)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，如果在終端用戶和信息服務(wù)中心之間形成信息的互動(dòng)，那么RTTIS將在數(shù)據(jù)采集的成本和精確度上獲得質(zhì)的提升，并可能采集到很多難以采集到的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，GPS就可以成為其中的核心設(shè)備之一。GIS為RTTIS提供的時(shí)-空數(shù)據(jù)模型也需要進(jìn)一步的提升，在擴(kuò)大信息容量的基礎(chǔ)上減少數(shù)據(jù)冗余。</p><p>　　1.3研究?jī)?nèi)容和思路</p><p>　　基于3S最新研究成果

102、，論文力求對(duì)RTTIS應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)及其中關(guān)鍵技術(shù)作出一定的工作,其中包括:GPS在RTTIS中的信息采集環(huán)節(jié)應(yīng)用的擴(kuò)展；RS技術(shù)在RTTIS中的應(yīng)用；實(shí)時(shí)交通時(shí)-空數(shù)據(jù)模型；基于3S技術(shù)對(duì)RTTIS系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)。</p><p><b>　　本文的章節(jié)安排：</b></p><p>　　第一章緒論中，介紹了論文研究背景、應(yīng)用背景、對(duì)先前研究狀況作出了論述，從

103、RTTIS應(yīng)用現(xiàn)狀及評(píng)估研究現(xiàn)狀兩個(gè)方面對(duì)RTTIS的研究應(yīng)用狀況作出回顧和評(píng)論總結(jié)，以此確立本文的研究目標(biāo)和內(nèi)容。</p><p>　　第二章介紹了研究RTTIS所涉及的關(guān)鍵理論方法，其中包括交通的理論模型，研究的工具如：多智能體技術(shù)和理論及其在交通領(lǐng)域的應(yīng)用；交通仿真理論與應(yīng)用。最后對(duì)交通中博弈理論作了簡(jiǎn)要概述。</p><p>　　第三章中我們使用基于Mult-Agent技術(shù)的微觀仿

104、真方法來(lái)對(duì)不同RTTIS裝備比例在城市三類抽象交通路網(wǎng)下對(duì)交通系統(tǒng)及出行者交通效率的影響進(jìn)行進(jìn)一步微觀層面的定量仿真研究。</p><p>　　第四章就交通系統(tǒng)中植入RTTIS后交通系統(tǒng)的均衡問(wèn)題基于多智能體體仿真技術(shù)在三類抽象路網(wǎng)中進(jìn)行研究。</p><p>　　第五章基于3S技術(shù)對(duì)RTTIS系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了分析總結(jié)，分別GPS、RS、GIS在RTTIS中的應(yīng)用作出研究，并提出對(duì)RTTIS

105、應(yīng)用框架的更新和升級(jí)。</p><p>　　第六章對(duì)全文做出回顧總結(jié)和展望。</p><p><b>　　1.4 小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了論文的選題背景和RTTIS應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)RTTIS評(píng)估研究方法和研究成果做出了分析和總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了論文研究?jī)?nèi)容和思路，并陳述了論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)。</p><

106、p>　　第二章 RTTIS研究關(guān)鍵理論方法</p><p><b>　　2.1交通理論模型</b></p><p>　　2.1.1 交通出行發(fā)生</p><p><b>　　交通出行分類</b></p><p>　　人類的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生了交通出行，交通出行的構(gòu)成要素主要有：交通出行主體（