基于仿真的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)交通分析與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、實時交通仿真系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)(ITS)中先進的交通管理系統(tǒng)(ATMS)和先進的出行者信息系統(tǒng)(ATIS)的核心組成部分,用于在線仿真評估、預(yù)測和幫助優(yōu)化動態(tài)交通管理方案與信息發(fā)布策略的性能.發(fā)達國家和地區(qū)歷時15年以上,長期堅持研究和發(fā)展,已有多個系統(tǒng)進入到實際應(yīng)用階段.DynaCHINA是作者等人在借鑒國外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過多年高強度的研發(fā)并逐漸形成特色的國產(chǎn)實時交通仿真系統(tǒng).由于DynaCHINA是一個長期的研究項目,本文

2、針對該系統(tǒng)當(dāng)前面臨的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究,同時相關(guān)研究成果也將充實到軟件系統(tǒng)中,推動DynaCHINA逐漸進入到可實際應(yīng)用階段.
　　 該報告的主要工作和貢獻可歸納為以下幾個方面:
　　 1)系統(tǒng)闡釋DynaCHINA的理論框架、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計方面的一些思路,包括交通需求模型與仿真、交通供給模型與仿真、路徑生成與路徑存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計,生成一致性交通狀況估計的連續(xù)平均算法(MSA)、系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及程序?qū)崿F(xiàn)方面的

3、考慮.
　　 2)將可用于大規(guī)模隨機系統(tǒng)優(yōu)化的同步擾動隨機逼近(SPSA)算法引入到交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的幾個優(yōu)化問題當(dāng)中,可有效并且高效率的予以求解。
　　 3)建立了一套“組合式”的動態(tài)OD矩陣估計方法,利用帶約束的遞推廣義最小二乘法通過路段交通流量獲得動態(tài)OD矩陣的估計并作為同時擾動隨機近似算法(SPSA)的先驗信息,后者可以融合幾乎任何形式的交通檢測數(shù)據(jù)來估計動態(tài)OD流量,從而獲得準(zhǔn)確度更高的網(wǎng)絡(luò)加載(分配)結(jié)果。定義了

4、動態(tài)OD估計系統(tǒng)的“第一能觀性”和“第二能觀性”,用于區(qū)分不同應(yīng)用場合對動態(tài)OD估計結(jié)果的要求,包括是需要準(zhǔn)確的動態(tài)OD流量或者僅需要可靠的動態(tài)OD網(wǎng)絡(luò)加載結(jié)果。大量仿真試驗表明,現(xiàn)實中絕大部分路網(wǎng)在沒有任何歷史OD數(shù)據(jù)的情況下,僅利用包括流量、速度在內(nèi)的交通檢測數(shù)據(jù)只能估計出眾多可能的動態(tài)OD模式中的一種,但能夠獲得足夠準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)加載結(jié)果,并可用于交通信號控制系統(tǒng)、基于當(dāng)前路況的全程實時交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和面向小范圍用戶提供預(yù)測式交通誘導(dǎo)等

5、場合。
　　 4)對于現(xiàn)有的交通仿真系統(tǒng),動態(tài)OD流量的網(wǎng)絡(luò)加載過程通常不針對具體應(yīng)用為車輛發(fā)車時刻的分布建模并做參數(shù)標(biāo)定,導(dǎo)致仿真系統(tǒng)在不少場合難于準(zhǔn)確估計路網(wǎng)中一些擁擠路段的交通流平均速度.將動態(tài)OD估計過程的每個估計時間段細分為若干等長度的更小時間間隔,采用“直方圖”逼近動態(tài)OD流量沿著這些子時段變化的軌跡,并假定動態(tài)OD流量在各子時段內(nèi)部的發(fā)車間隔服從均勻分布,建立了車輛發(fā)車時刻模型和該模型參數(shù)的估計模型.由于待估計參數(shù)

6、向量的維數(shù)大于動態(tài)OD流向量維數(shù),導(dǎo)致參數(shù)估計困難,為此采用同步擾動隨機近似(SPSA)算法對估計模型進行優(yōu)化求解.SPSA算法的計算效率與優(yōu)化向量維數(shù)無關(guān),僅取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和交通仿真系統(tǒng)的運行效率,因此可應(yīng)用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題中.針對美國加州I805號高速公路上一段擁擠的網(wǎng)絡(luò)進行測試,表明本文的方法是十分有效和高效率的.
　　 5)為優(yōu)化區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)中各信號控制器的配時方案,利用遞推最小二乘算法(RLS)和同時擾動隨機近似(

7、SPSA)算法由檢測器流量估計DynaCHINA動態(tài)網(wǎng)絡(luò)交通仿真與分析系統(tǒng)的動態(tài)OD矩陣輸入并標(biāo)定各路段的速度.密度模型參數(shù)和飽和流量,獲得網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計,包括各路段的速度、密度、流量、隊列長度等；在此基礎(chǔ)上,利用SPSA算法優(yōu)化各信號控制器配時參數(shù),包括各信號控制器的周期、相位差和綠信比,使得網(wǎng)絡(luò)中車輛的平均旅行延誤、隊列長度、或交叉口通過量等指標(biāo)最優(yōu)。針對實際路網(wǎng)的測試表明,本文的參數(shù)標(biāo)定方法可以獲得準(zhǔn)確的檢測器流量估計,結(jié)果明