智能交通系统动态网络流模型与优化算法研究.pdf

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1、y-9519．05智能交通系统动态网络流模型与优化算法研究DYNAMICNETWORKFLOWSMODELANDOPTIMIZATIONALGORITHMSFORINTELLIGENTTRANSPOIl!I：伽0NSYSTEMS博士后姓名林澜流动站(一级学科)名称同济大学控制科学与工程专业(--级学科)名称模式识别与智能系统导师姓名蒋昌俊教授研究工作起始时间2003年12月15日研究工作期满时间2006年5月26日同济大学(上海)2006年6月内容摘要智能交通系统(ITS)将先进的信息技术综合应用于交通运输管理体系，以实现道路利用效率的最大化以及车辆与行人的最佳流动．现代交通网络可以抽

2、象为动态网络，与其相应的最优路径及流量分配等问题是目前ITS研究中的热点与难点，具有十分重要的理论与实际意义．本文对ITS动态网络流的相关问题进行了研究，重点在出行决策建模、路况预测、动态最优路径和动态流分配等方面展开了如下工作：．1出行决策建模，包括最短路程、最短时间、最小费用模型和公交换乘方案．2给出了全局最优的最短路径双向搜索算法．3研究了变权网络最短路的稳定性问题：给出了最短路长度稳定和最优解稳定的充要条件．提出稳定分支的概念，在变权情形下应用修正的Dijkstra算法求解最短路．4证明了动态网络最短路问题是NP．困难的，给出了基于稳定区问的近似算法．，，、5建立阻滞动态流问题

3、的数学模型，定义拥挤度．基于局部时间扩张网络求出初始解，并以动态最小费用流和最速流为目标进行改进．6数值仿真验证了本文所提出算法的有效性．关键词：智能交通，数学模型，动态网络，优化算法，最短路，稳定性，拥挤度，时间扩张网络AbstractIntelligentTransportationSystems(ITS)areappliedtotrafficmanagementforthepurposeofmaximizingroadutilizationratio．Theshortestpathandflowdistributionofdynamicdirectednetworksaresig

4、nificantproblemsinthestudyofITS．Thecontributionsinthisthesiscanbesummarizedasfollows：-Modelingthetrafficroutingstrategy．·-Presentingtheglobaloptimumtwo—waysearchalgorithmoftheshortestpath．-Theconceptandthesufficientandnecessaryconditionforthestabilityoftheshortestpathsaregiven．Basedonthistheory,

5、anewstablebrand-basedvaryingweightshortestpathalgorithmisproposed．一ProvingthatthedynamicsinglesourceshortestpathproblemisNP-hard．Anapproximatealgorithmbasedonstableintervalisgiven．-Presentingthemathematicmodelofblockingdynamicflow．Proposingthedefinitionofsaturationlevel．Givingtheschedulingmethod

6、softheminimalcostflowandthequickestflow．一Experimentalsimulationsshowtheefficiencyofthenewalgorithmssignificantly．Keywords：IntelligentTransportationSystem，mathematicmodel，dynamicnetworkflow,optimizationalgorithm，shortestpath，stability,saturationlevel，time—expandednetworkIIJ‘^_1引言1．1智能交通系统概述20世纪80

7、年代以来，世界各发达国家已基本建成四通八达的现代化道路网，但随着经济的发展，交通需求日益增加，路网通行能力已远远满足不了交通量增长的需要，城市交通拥堵日趋严重等问题引起了普遍关注．目前，国际上先进的交通系统己从主要依靠修建更多的道路、扩大路网规模，逐渐转移到用高新技术来改造现有的道路及其管理体系，从而大幅提高路网的通行能力和服务质量，实现道路利用效率的最大化以及车辆与行人的最佳流动．因此，智能交通系统(IntelligentTransporta