面向?qū)嶒灲煌ㄏ到y(tǒng)的建模與計算.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是ITS的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)代交通系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜且具有不可還原性，傳統(tǒng)的研究方法已經(jīng)越來越不適應(yīng)現(xiàn)代交通系統(tǒng)的特性變化，同時交通工程需要大量的實踐或?qū)嶒瀬韺煌▍⑴c者行為進(jìn)行建模與分析，對交通設(shè)施進(jìn)行評價與改善，對交通管理與控制效果進(jìn)行預(yù)估和評判，實驗交通工程應(yīng)運而生。本論文基于實驗交通工程學(xué)理論體系，從實驗科學(xué)的基本原理入手，建立實驗交通系統(tǒng)的框架，提出了基于計算實驗平臺的主動計算實驗及基于現(xiàn)實交通系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的被

2、動交通實驗相結(jié)合的實驗交通系統(tǒng)的通用架構(gòu)；通過與傳統(tǒng)交通系統(tǒng)建模對比突出實驗交通系統(tǒng)的建模特點：基于數(shù)據(jù)的建模，并提出了實驗交通系統(tǒng)的四個模型層次及其相互依存關(guān)系；提出了面向?qū)嶒灲煌ㄏ到y(tǒng)平臺的綜合建模過程以及實驗交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建?？蚣?。由于系統(tǒng)的主要輸入是海量的實時交通數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲和處理從規(guī)模、精度和速度均有較高的要求，因此系統(tǒng)以分布式并行技術(shù)為計算支撐，并引入了計算智能技術(shù)來對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，提出了實驗交通系統(tǒng)平臺級的并行

3、計算解決方案，架構(gòu)級的分析和設(shè)計解決方案，分析和決策層的計算解決方案，實驗層的多智能體計算實驗研究以及數(shù)據(jù)可視化的解決方案。系統(tǒng)的理論和方法在實際應(yīng)用研究中得到驗證和發(fā)展。本文以基于網(wǎng)格技術(shù)的交通信息服務(wù)示范系統(tǒng)為應(yīng)用背景，開發(fā)了面向交通信息服務(wù)的實驗交通系統(tǒng)原型，并以城市道路交通狀態(tài)在線解析為例，從微觀解析、中宏觀解析及對未知現(xiàn)象的探索三個方面實踐了基于實時數(shù)據(jù)解釋和觀察的被動交通實驗過程，驗證了實驗交通系統(tǒng)框架與建模理論的科學(xué)性和有

4、效性。 論文首先通過大量的文獻(xiàn)閱讀和資料總結(jié)，介紹了實驗交通工程的起源和發(fā)展，實驗科學(xué)及其在社會復(fù)雜系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及國內(nèi)外類實驗交通系統(tǒng)的研究進(jìn)展，并就實驗交通系統(tǒng)實施的關(guān)鍵技術(shù)：復(fù)雜系統(tǒng)理論及建模技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)和計算智能技術(shù)的在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用做了回顧，確定了論文的突破方向為實驗交通系統(tǒng)框架研究及其面向?qū)嶒灲煌ㄏ到y(tǒng)的建模方法和計算技術(shù)。 接著分析了ITS環(huán)境下交通系統(tǒng)的研究對象的變遷以及交通系統(tǒng)的新特性，從實驗科

5、學(xué)的基本概念出發(fā)分析研究了實驗交通及其系統(tǒng)的基本原理，對實驗交通系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析研究，確定系統(tǒng)的用戶與角色，分析研究了系統(tǒng)的功能需求、建模需求、計算需求以及性能需求，從而導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、信息流，再由系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)確定了系統(tǒng)的研究內(nèi)容，并根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)特征引出對實驗交通系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題及關(guān)鍵理論和方法的論述，就實驗交通系統(tǒng)的關(guān)鍵的建模、實驗、決策、計算和集成問題以及實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以面向交通信息服務(wù)的建模與計

6、算作為論文的研究重點。 對于實驗交通系統(tǒng)的建模，論文分析了傳統(tǒng)交通系統(tǒng)建模的類型、目標(biāo)以及對應(yīng)模型的假設(shè)條件或缺陷，對比傳統(tǒng)交通與實驗交通系統(tǒng)的建模過程，并以行程時間的估計為例說明的實驗交通系統(tǒng)建模的特點：基于數(shù)據(jù)的建模。從數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的角度將實驗交通系統(tǒng)的建模分為四個層次：信息融合模型、實驗?zāi)Ｐ汀⒎治瞿Ｐ图皼Q策模型，并描述了四者的相互依存的關(guān)系。實驗交通系統(tǒng)需要一個物理平臺來支撐。文章從軟件工程的角度出發(fā)來描述實驗交通系統(tǒng)平臺的建

7、模過程，分析了自頂向下和自底向上的兩種系統(tǒng)建模設(shè)計方法，提出了面向?qū)嶒灲煌ㄏ到y(tǒng)的綜合建模過程。數(shù)據(jù)建模是實驗交通系統(tǒng)的重要部分。文章闡述了實驗交通系統(tǒng)中與GIS系統(tǒng)結(jié)合的靜態(tài)數(shù)據(jù)建模、交通在線解析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建模要點、交通動態(tài)計算實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建模要點以及操作型數(shù)據(jù)管理與分析型數(shù)據(jù)管理相結(jié)合的一般做法。 對于實驗交通系統(tǒng)的計算，論文從面向系統(tǒng)以及面向模型兩個層面分析研究實驗交通系統(tǒng)的計算需求。面向系統(tǒng)建模方面，首先分析了系統(tǒng)平臺的

8、計算需求，并將并行計算、分布式計算與網(wǎng)格計算進(jìn)行了介紹，詳細(xì)闡明了三者之間的關(guān)系，并提出了實驗交通系統(tǒng)系統(tǒng)平臺級的并行計算解決方案；其次面向系統(tǒng)的架構(gòu)提出了實驗交通系統(tǒng)平臺中各個系統(tǒng)層次采用的系統(tǒng)計算方法：總體架構(gòu)采用面向服務(wù)的計算方法，交通動態(tài)計算實驗系統(tǒng)采用面向多智能體的計算方法，交通在線解析系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮挠嬎惴椒ǎ到y(tǒng)的模型求解采用結(jié)構(gòu)化計算方法。面向模型的計算方面，首先對實驗交通系統(tǒng)的分析和決策層，主要考慮的計算模式是聯(lián)機(jī)分

9、析處理和數(shù)據(jù)挖掘，并給出了如何實現(xiàn)聯(lián)機(jī)分析處理及數(shù)據(jù)挖掘的解決方案；對于決策層，研究了實驗層的建模需求，并介紹了基于多智能體的建模技術(shù)與平臺，以及基于多智能體的交叉口控制人機(jī)交互模型實現(xiàn)的研究成果。數(shù)據(jù)可視化能使實驗交通系統(tǒng)的實驗和計算結(jié)果能為分析和決策者理解和應(yīng)用。在實驗交通系統(tǒng)的七個數(shù)據(jù)處理階段，分別采用日志文件、GIS、統(tǒng)計報表、聯(lián)機(jī)分析處理以及通過友好的人機(jī)交互界面來輸出結(jié)果。 論文最后基于實驗交通系統(tǒng)的框架，以交通信息

10、服務(wù)示范系統(tǒng)為應(yīng)用研究背景，介紹了面向交通信息服務(wù)的實驗交通系統(tǒng)的建模過程，包括系統(tǒng)的物理模型、數(shù)據(jù)模型及實驗?zāi)Ｐ?，詳?xì)研究基于出租車GPS數(shù)據(jù)的路網(wǎng)交通狀態(tài)估計實驗?zāi)Ｐ停治鲅芯苛司W(wǎng)格計算、并行計算技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在實驗交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的運行環(huán)境、物理部署、運行結(jié)果，最后以城市路網(wǎng)交通狀態(tài)在線為例詳細(xì)描述了基于被動交通實驗的交通在線解析系統(tǒng)的三種解析方式及數(shù)據(jù)分析結(jié)果。應(yīng)用研究證明，實驗交通系統(tǒng)的建模方法比傳統(tǒng)交通