物聯(lián)網(wǎng)背景下城市交通擁堵事前疏導(dǎo)研究.pdf

1、近年來，隨著我國城市化進程的推進，汽車保有量在飛速增加，交通阻塞已成常態(tài)，交通事故頻繁，城市交通擁堵問題日益凸顯。交通堵塞會造成很多的損失：包括行程時間增加、經(jīng)營成本增加、交通事故、空氣污染及噪音污染等，嚴重影響了城市的社會和經(jīng)濟效益。我國因交通擁堵造成的直接經(jīng)濟損失占當(dāng)年GDP的比率在逐年上升。國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)，建議解決的熱點問題中就包含減緩大城市交通擁擠問題、減少交通能源消耗與環(huán)境污染難題、解決

2、交通安全問題?？梢哉f交通擁擠是一系列城市交通問題的主要表現(xiàn)，緩解和預(yù)防交通擁堵是一個我國城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
　　針對交通流具有強非線性和時變特征，傳統(tǒng)的擁堵事后疏導(dǎo)策略自適應(yīng)性較差不能應(yīng)付交通流的復(fù)雜變化，同時較少從交通流相關(guān)性的角度來制定誘導(dǎo)配流策略，導(dǎo)致?lián)矶率鑼?dǎo)效果不佳。本文探究具有動態(tài)擁堵事前疏導(dǎo)策略、以系統(tǒng)最優(yōu)為目標(biāo)的城市擁堵事前疏導(dǎo)方法。提出采用基于多智能體的“模型預(yù)測、動態(tài)計算、在線反饋、事前疏導(dǎo)”思想，研究城市擁堵

3、事前疏導(dǎo)方法。
　　隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，使得信息感知及采集技術(shù)的即時性成為可能，交通系統(tǒng)的感知能力得到空前提升。在交通運輸領(lǐng)域，信息傳輸及處理技術(shù)已漸漸滲透到城市交通的管理決策層面，影響到交通控制的決策。同時，交通信息的泛在性影響到了駕駛員的駕乘決策。信息互聯(lián)技術(shù)的廣泛運用，大幅緩解了交通擁堵現(xiàn)狀，提升城市交通路網(wǎng)的效能與出行質(zhì)量。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)交通需求者與供給者之間的信息交互，通過估計出短時交通流狀況，

4、執(zhí)行相應(yīng)的交通流管理控制策略，保證道路交通流有序高效地運行，最大程度地發(fā)揮城市路網(wǎng)的效能。中國政府提出在“十二五”時期要構(gòu)建現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)智能交通系統(tǒng)，在“十二五”交通規(guī)劃中也提出要啟動新一代智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略和利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動現(xiàn)代交通運輸策略研究兩大研究項目。
　　本文的主要研究工作如下：
　　為了提升城市交通路網(wǎng)整體效能須對各類影響因素進行深入研究，挖掘其深層機理。城市路網(wǎng)的復(fù)雜性決定了動態(tài)解決方案的必要性，交通流動

5、態(tài)預(yù)測是實現(xiàn)城市交通動態(tài)配流及出行誘導(dǎo)的關(guān)鍵瓶頸。本文基于元胞自動機理論，利用對偶法描述城市路網(wǎng)路段元胞交通流虛擬拓撲演化關(guān)系圖，首先通過物理層、數(shù)據(jù)層、函數(shù)層等量化手段對路網(wǎng)進行量化信息拆解，構(gòu)造了路段交通流演化模型。并進一步研究交通流演化過程中，交通流特點以及支配交通流狀態(tài)演化規(guī)律。同時通過定義的交通流網(wǎng)絡(luò)演變規(guī)則族實現(xiàn)了城市路網(wǎng)系統(tǒng)不同分辨率模型的有機結(jié)合。從而完成對交通網(wǎng)絡(luò)的交通流動態(tài)模型構(gòu)建、實時預(yù)測出交通流，為城市路網(wǎng)優(yōu)化及

6、交通狀況誘導(dǎo)提供科學(xué)決策支持。
　　交通誘導(dǎo)信息的介入容易產(chǎn)生駕駛員的過激反應(yīng)，導(dǎo)致嚴重的交通移堵現(xiàn)象和誘導(dǎo)策略無效。交通信息誘導(dǎo)下的駕駛員路徑選擇是交通管理者、駕駛員等交通參與者之間的一個博弈演化過程，在長期的動態(tài)博弈過程中，駕駛員基于出行收益最大來決策自身的路徑選擇行為，其路徑選擇的結(jié)構(gòu)會在一定條件下達到演化穩(wěn)定狀態(tài)。通過分析駕駛員在不同信息誘導(dǎo)下路徑選擇策略的博弈和演化過程，建立了駕駛員路徑選擇演化博弈模型，求得駕駛員路徑選

7、擇的演化穩(wěn)定策略，從而為交通誘導(dǎo)策略的制定及其效果評價等提供決策支持。針對誘導(dǎo)手段在過飽和路段的無效問題，本文研究了過飽和路段的最優(yōu)控制方法，提出通過控制誘導(dǎo)手段來實現(xiàn)誘導(dǎo)及控制手段的有機結(jié)合，達成良好的擁堵事前疏導(dǎo)效果。
　　文中最后研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的路網(wǎng)效率及事前疏導(dǎo)評價問題，用以對比疏導(dǎo)前后的路網(wǎng)效率。運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、交通均衡理論以及宏觀交通流理論知識，從交叉口通行效率、網(wǎng)絡(luò)擁堵指數(shù)評價、出行成本效率角度入手，構(gòu)建模型