城市交通系统运行状态评估及控制策略研究

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1、北京交通大学博士学位论文城市交通系统运行状态评估及控制策略研究姓名：李树彬申请学位级别：博士专业：系统分析与集成指导教师：高自友201206中文摘要目前，城市交通拥堵已经成为一个普遍存在的国际性难题，控制和缓解交通拥堵是城市发展的当务之急。然而，人们对城市交通系统运行状态的认识始终缺乏充分的、准确的、全面的估计和把握，使得交通控制和缓解措施存在一定的盲目性。而城市交通拥堵又是城市交通需求和交通供给之间矛盾的突出表现，因此有必要开展以两者相互作用为原理的城市交通系统运行状态评估的研究(本论文第二三四章)，在此基础上从不同角度深入探讨交通拥堵的特性与传播规律(本

2、论文第五章)，进而提出缓解交通拥堵的控制策略(本论文第六章)。具体来讲，本文的研究工作主要包括以下几个方面：1．考虑偏差和容量限制的动态oD估计模型研究实时的交通需求是城市交通系统运行状态评估的重要输入数据。为此本文建立了考虑浮动车数据和容量限制的广义最小二乘动态OD估计模型以及考虑偏差的卡尔曼滤波动态OD估计模型与算法。通过将估计的或预测的动态OD加载到城市交通网络，从而对城市交通系统运行状态进行评估或预测，由此可以对城市交通拥堵进行预判断，进而通过提前发布诱导信息或制定相应的交通拥堵控制策略，发挥主动交通的作用，防堵于未然。2．大规模交通网络实时路径搜索

3、算法研究在对城市交通系统运行状态评估的仿真实现中，每辆车都必须沿着特定的路径从其当前位置移动到其目的地。因此核心问题之一就是如何保证仿真系统高效的在线运行，减少计算量，并快速有效的产生路径与存储。本文提出了新的有效路径产生与存储的设计思想，给出了大规模交通网络有效路径的产生算法，并设计了支持海量路径数据的存储及高效检索的数据结构。算法充分利用有效路径的递归特性，降低问题的规模，实现了较小空间花费下的海量路径随机查询。提高了大规模交通网络中实时路径搜索和产生问题的计算速度，节省了计算机存储资源。3．基于改进交通流模型的系统运行状态评估研究本文采用道路交通流和网

4、络交通流相结合的方法，综合应用解析和仿真手段探讨城市交通系统运行状态的评估。详细介绍了以需求仿真和供给仿真的交互作用为原理的城市交通系统运行状态评估的基础理论。改进了作为核心内容的交通流模型，设计了详细的城市交通系统运行状态评估的仿真流程，提出了保证交通流模型各向异性的处理方法，从而构建了可以进行系统仿真的基础平台，为较准确的进行城市交通系统的运行状态评估提供了理论方法。4．基于网络结构的交通拥堵复杂特性研究为了深刻理解城市交通拥堵的复杂机理和特性，本文基于复杂性理论研究了网络拓扑结构对城市交通拥堵的传播规律及其复杂特性的影响，分析了网络上的交通动力学特性。

5、仿真结果表明，网络中介数较大边上容易发生交通拥堵，而且网络结构对城市交通拥堵及其传播具有较大的影响，结论有助于制定消除交通拥堵的有效控制策略以及提出交通规划的合理方案。针对规则网络利用双向格子网络上事故引发的交通拥堵，研究了其形成与消散过程，并以网络中各条路段上的平均流量、密度、速度为指标进行了交通网络拥堵状况的评价与分析。5．交通拥堵控制预防策略研究本文针对事故条件下双向格子网络上的交通拥堵问题，提出了树控信息反馈策略(TreeControlFeedbackStrategy，简称TCFS)，同时提出了缓解常规性交通拥堵的预测信息诱导策略和区域信号优化控制策

6、略。其中，信号优化控制策略利用双层规划的思想，针对一般性的交通网络，将网络中车辆的平均旅行延误、队列长度、和交叉口通过量等指标作为优化目标建立了区域网络信号优化模型，并设计了同时扰动随机近似(SimultaneousPerturbationStochasticApproximation，简称SPSA)的求解算法。研究结果表明控制策略均能够在一定程度上缓解交通拥堵，网络整体运行状况有了明显改善。关键词：城市交通拥堵；网络交通模型：交通仿真；信号控制；交通预测分类号：U491．2ABSTRACTCurrently,thetra伍ccongestionhasbec

7、omeawidespreadinternationalproblem，congestionalleviationandpreventionhasbecomeallurgenttaskforurbandevelopmentin01,11"country．However,humanhasalwaysbeenthelackofadequately,accuratelyandcomprehensiveestimateandunderstoodfortransportationsystemrunstatesofurban，whichbringsaboutblindne

8、sswhenpeoplemakeprevention