城市路網(wǎng)動態(tài)OD矩陣估計仿真方法研究.pdf

1、先進的動態(tài)交通管理系統(tǒng)(ATMS)是智能運輸系統(tǒng)(ITS)的重要研究內(nèi)容,其核心是根據(jù)動態(tài)交通分配系統(tǒng)(DTAS)所預測的路網(wǎng)交通流狀態(tài),由交通管理中心(TMC)發(fā)布出行前的路網(wǎng)交通狀態(tài)信息和在出行途中發(fā)布車輛路徑誘導信息,并產(chǎn)生時變的交通優(yōu)化控制方案,以達到誘導出行,改善交通流的空間布局,緩解交通擁擠的目的。而動態(tài)交通分配系統(tǒng)的實現(xiàn)則需要以時變的OD矩陣作為基礎性輸入。因此對時變OD矩陣的估計和預測問題成為首先需要完成的基礎性工作。動

2、態(tài)OD矩陣通常被描述為連續(xù)較短時間間隔內(nèi)(通常為15-20分鐘)所研究路網(wǎng)的分布交通量。直接通過交通調(diào)查獲得這些輸入數(shù)據(jù)極為困難且代價昂貴,通常根據(jù)路網(wǎng)中部分路段的觀測交通量來進行間接估計。路段檢測流量數(shù)據(jù)可以通過車輛檢測器方便的獲取,且具有實時性,這為估計和預測提供了可能。
　　 時變OD矩陣估計問題總體上分為離線估計(Off-line)和實時估計(Real-time)兩種,前者在已知各時段路段檢測流量的情況下,估計出相應于各

3、時段的OD分布交通量,主要用于分析交通分布情況。后者指對當前時段的OD進行估計并預測下一時段的分布交通量,并迭代循環(huán),旨在為交通管理和控制系統(tǒng)服務。近幾十年來,各國研究者們從各自的角度對動態(tài)OD矩陣的估計和預測方法做出了較為深入的分析,建立了很多基于不同理論體系的估計框架和數(shù)學模型,從而形成了一定的研究層次。論文首先回顧了動態(tài)OD矩陣估計的發(fā)展歷程,研究了各類模型的特點及不足,明確了該領域研究中的關鍵問題,在此基礎上研究了動態(tài)交通分配矩

4、陣的有效估計問題、多路徑出行選擇模型問題、分配矩陣的估計誤差對動態(tài)OD矩陣估計影響的問題以及卡爾曼濾波預測模型等,為動態(tài)OD推算理論的進一步研究奠定基礎,全文的主要工作如下:
　　 1.對OD矩陣估計和預測問題進行了綜述研究。按照從靜態(tài)估計到動態(tài)估計預測的研究歷程,分類描述了各種方法的建模思路和模型的優(yōu)缺點。并就動態(tài)估計和靜態(tài)估計方法的差異性進行了比較。
　　 2.針對動態(tài)OD矩陣估計問題中缺少對分配矩陣的有效估計方法,

5、提出了一種基于計算機仿真的動態(tài)分配矩陣估計方法,并設計了相應的表處理程序進行計算。動態(tài)分配矩陣刻畫了當前時段路段檢測流量與以前時段OD量之間的分配比例,是離線估計和實時估計模型的關鍵參數(shù)之一。仿真方法能夠更細致的模擬交通需求與交通供給之間的動態(tài)交互關系,且對于分配矩陣的計算不需要滿足嚴格的FIFO(First-in-first-out)條件。方法在有效路徑的確定過程中采用了“有限制的路網(wǎng)遍歷算法”作為篩選原則,而在路徑選擇概率中則引入P

6、ath-size Logit模型以考慮重疊路徑對路徑選擇概率的影響,避免MNL模型存在的IIA(Independent of irrelevant alternatives,)問題。研究表明,新方法能夠避免解析式中關于路徑行駛車輛始終保持等間距車輛出行的理想假設,且表處理程序能夠產(chǎn)生較理想的分配矩陣結(jié)果。
　　 3.鑒于已有離線動態(tài)OD矩陣估計模型未能考慮分配矩陣的估計誤差對估計結(jié)果的影響,提出了考慮分配矩陣隨機誤差的離線動態(tài)O

7、D矩陣估計改進模型。首先對分配矩陣估計過程中可能存在的各種誤差進行逐一分析,并對誤差所引起的內(nèi)生性問題進行了證明,從而得到考慮隨機誤差的離線狀態(tài)下的兩種改進模型——瞬時改進估計模型和序列改進估計模型。前者通過一個優(yōu)化函數(shù)一次性估計出所有時段OD矩陣和所有分配矩陣的真值,而后者則按時間段依次估計每個時段的OD矩陣及其分配矩陣。此外,由于改進模型決策變量的急劇增加以及函數(shù)形式的轉(zhuǎn)變,在模型求解上引入了遺傳算法進行全局優(yōu)化,該算法具有全局牲收

8、斂的特點。算例和實證研究表明,考慮誤差的估計模型能夠比原模型大幅度提高OD矩陣的估計精度。
　　 4.建立了考慮交叉口檢測流量的動態(tài)OD矩陣狀態(tài)空間模型,并提出相應的一步預測卡爾曼濾波算法。交叉口進口道檢測流量信息能夠反映受信號控制以及非機動因素(行人和自行車)等影響下車輛的行駛狀態(tài),其間斷流特性可以作為路段檢測連續(xù)流量的一種補充。首先對狀態(tài)變量進行了確定,而后借鑒狀態(tài)空間的基本理論思想,建立了考慮交叉口檢測流量的動態(tài)OD矩陣估