【正文】 ............................. 27 模型的求解 .......................................................................... 28 實地交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)整理 ............................................. 28 模型的求解 ................................................................. 30 小型路網(wǎng)的 Vissim仿真實驗 ......................................... 32 本章小結(jié) ............................................................................. 34 第五章總結(jié)與展望 ................................................................................... 36 總結(jié) .................................................................................... 36 展望 .................................................................................... 37 參考文獻 ........................................................................................... 38 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章緒論 近年來，國內(nèi)各大城市因城市交通擁堵 問題造成的經(jīng)濟損失在逐年提升，僅北京市因城市交通擁堵造成的損失每年都在 700 億元人民幣以上。據(jù)北京市交管局統(tǒng)計，截至 2021 年 8 月，北京市機動車保有量已經(jīng)達到 萬輛，駕駛?cè)藬?shù)量達到 965 萬，將近于 2021 年北京市常住人口的一半。交通擁堵問題不僅帶來了經(jīng)濟損失，同時還造成因尾氣排放引起環(huán)境的污染、資源消耗量的增加、交通事故的頻發(fā)以及對居民健康的危害等諸多問題。目前，各大城市日益嚴重的霧霾問題也和機動車保有量的增加有一定的直接聯(lián)系。 伴隨經(jīng)濟的增長，生活水平的提升，居民機動車擁有量的持續(xù)升高造成了當今城 市道路建設(shè)無法滿足交通需求是交通問題日益嚴重的直接原因之一。政府在交通建設(shè)的過程中也越來越重視對交通系統(tǒng)的管理與誘導(dǎo)，然而傳統(tǒng)的管理模式只能夠暫時緩解交通擁堵問題，并不能從根本上解決問題。因此，為適應(yīng)當今城市交通的需求，創(chuàng)建并發(fā)展智能交通系統(tǒng)是非常有必要的。 交通系統(tǒng)是一個傳統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，由于其多變性和時空性，一勞永逸的解決方法并不存在，只有跟進時代發(fā)展的需要，跟進經(jīng)濟發(fā)展的需要城市交通系統(tǒng)才能均衡有序的運行。當今面對國內(nèi)城市交通擁堵問題，傳統(tǒng)的解決交通問題的措施已經(jīng)無法滿足交通發(fā)展的需要。在北京等大城市采取的限購限行政策也不過是一種臨時性的解決方案，只能是治標不治本，而且為此所投入的人力物力也和效果有很大反差。然而，伴隨交通問題研究的深入，我國大中城市交通路網(wǎng)中的交通擁堵問題并不是無序可循的，其主要發(fā)生在城市主干道、商業(yè)集中路段以及學(xué)校所在路段和上下班高峰期，在時間上和空間上都呈現(xiàn)了一定的規(guī)律，研究交通系統(tǒng)屬性，通過交通調(diào)查和實踐，在積累數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)交通系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，并合理的預(yù)測以后的發(fā)展狀況，從整體的角度綜合考慮車輛和道路的關(guān)系，發(fā)展智能交通系統(tǒng)是從根本上解決交通問題的有效手段。 通過智能交通理念，結(jié)合當前的交通控制和交通誘導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)狀，將三種系統(tǒng)理論進行融合，有效的利用各自的技術(shù)優(yōu)勢合理的規(guī)劃分配城市路網(wǎng)的交通流，使城市交通環(huán)境更加合理高效的運行，進而從根本上緩解城長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 市道路的交通擁堵問題，是本文研究的主要方向和目標。以智能交通的車路協(xié)同環(huán)境為基礎(chǔ)，將交通誘導(dǎo)和交通控制進行協(xié)同研究符合當前城市交通的需要，也是未來交通發(fā)展的必然趨勢。 智能交通系統(tǒng) (Intelligent Transport System ITS)是將先進的通訊技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地結(jié)合 應(yīng)用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。車路協(xié)同系統(tǒng)作為智能交通的主要研究方向之一，其理論是基于車車、車路信息交互建立的人、車、路一體化的協(xié)同系統(tǒng)，該技術(shù)將傳統(tǒng)的交通誘導(dǎo)與控制和智能化的先進技術(shù)相融合，由點到線，再由線及面，全方位、一體化的優(yōu)化和整合城市交通系統(tǒng)。車路協(xié)同系統(tǒng)也是當今世界各國交通發(fā)展的重點，在車路協(xié)同環(huán)境下，結(jié)合傳統(tǒng)的交通控制與誘導(dǎo)理論，各取所長，充分發(fā)揮整體的優(yōu)勢，從空間和時間上通過誘導(dǎo)和控制使城市交通流分配的更加均衡， 使路網(wǎng)各道路間根據(jù)主次關(guān)系，在交通中承擔不同的角色，進而使道路資源的利用更加符合城市交通需求，從根本上提升城市交通系統(tǒng)的運行效率。因此，綜合考慮，研究車路協(xié)同環(huán)境下的交通誘導(dǎo)與控制是我國智能交通發(fā)展和研究的必然趨勢，也是改善我國交通環(huán)境，有效的減少交通擁堵的經(jīng)濟、實用的手段之一。 目前，面對城市交通擁堵問題，國內(nèi)外相關(guān)人員對交通誘導(dǎo)和車路協(xié)同系統(tǒng)都有一定的研究和實踐經(jīng)驗，尤其是車路協(xié)同系統(tǒng)，伴隨著電子信息技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。智能交通越來越受到重視，作為智能交通的子系統(tǒng)之一， 車路協(xié)同系統(tǒng)研究越來越成為解決城市交通擁堵問題的主要探索和應(yīng)用手段。而且交通誘導(dǎo)與交通控制相結(jié)合也越來越受到重視。因此，只有將三者技術(shù)相結(jié)合才能更好的解決城市交通擁堵問題。 國外研究現(xiàn)狀 國外對交通誘導(dǎo)與交通控制的研究起源于上個世紀 70年代，當時的研究學(xué)者已經(jīng)開始意識到交通控制和誘導(dǎo)間的相互關(guān)系， 70年代到 80年代主要是理論探索時期，與真正的投入實踐應(yīng)用還有一段很長的歷史。 80 年代到 90 年代這段時期學(xué)者們開始將迭代思想、一體化思想和博弈論應(yīng)用到交通控制與交通分配相結(jié)合問題的數(shù)學(xué)模型當中。 1980 年 Gartner 等人提出了創(chuàng)建一個路徑選擇和交通控制協(xié)調(diào)問題的模型，是最早利用迭代思想求解交通控制優(yōu)化模型之一。 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 隨后，到 20世紀末 Yagar 提出了一個交通控制和交通分配問題的雙層規(guī)劃模型。將交通控制模型和靜態(tài)交通分配模型相結(jié)合，并考慮了排隊問題。 Nathan 提出了以交通誘導(dǎo)為主的交通誘導(dǎo)與規(guī)劃的一體化框架。 車路協(xié)同系統(tǒng)作為智能交通的主要子系統(tǒng)之一是伴隨著智能交通理論創(chuàng)建起來的，國外研究開始于本世紀初，真正投入到實踐應(yīng)用的國家也很少，主要有以下國家的車路系統(tǒng)： （ 1） 美國 Intellidrives 美國車路協(xié)同系統(tǒng) (vehicle infrastructureintegration, VII)是由美國聯(lián)邦公路局、 AASHTO、各州運輸部、汽車工業(yè)聯(lián)盟、 ITS American 等組成的特殊聯(lián)合機構(gòu)，通過信息與通信技術(shù)實現(xiàn)汽車與道路設(shè)施的集成，并以道路設(shè)施為基礎(chǔ)，并于 2021 年推出實施的產(chǎn)品。 Intellidrives 項目利用無線通信技術(shù)全方位感知車路環(huán)境信息，不僅安全高效而且環(huán)保。 （ 2） 日本 Smartway 計劃 Smartway 計劃是由政府和民間企業(yè)合作發(fā)起的。該計劃重點整合了日本各項 ITS 的功能， 通過 ITS 咨詢的雙向傳輸實現(xiàn)減少交通事故和緩解交通擁堵的目的。該系統(tǒng)于 2021 年開始在日本三大都會進行試驗運行。 （ 3） 歐盟 eSafety 2021 年 eSafety 作為智能交通項目被列入歐盟計劃，主要是利用先進的信息與通信技術(shù)開發(fā)研制交通安全系統(tǒng)，為城市交通提供全面的安全保障。其重點是研究安全問題，主要方向是社會公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、車輛預(yù)防與保護系統(tǒng)以及事故原因分析等。 eSafety 于 2021 年投入試驗。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 當前，國內(nèi)有關(guān)城市交通誘導(dǎo)與交通控制的研究開始于上個世紀 90年代，相較于西方發(fā)達國家起 步較晚，然而近幾年國內(nèi)交通誘導(dǎo)與控制的發(fā)展也是比較迅速的，一方面是當前國內(nèi)交通理念的深入，另一方面是出于國內(nèi)各大城市交通發(fā)展的迫切需要。對于車路協(xié)同系統(tǒng)的研究，我國現(xiàn)在還處于理論研究階段，有許多技術(shù)和經(jīng)驗還需要向西方國家學(xué)習和探索，并創(chuàng)建符合我國城市交通需求的智能交通系統(tǒng)。 對于交通誘導(dǎo)與控制的相關(guān)研究理論有： 1998 年葛穎恩，楊佩昆等對交叉口控制組合問題進行分析提出的以流量小雨通行能力下的總阻抗最小為目標建立的模型。 1999 年楊兆升，徐立群利用模糊控制原理，提出通過路段的飽和率給出前方信號的控制方案，進而 實現(xiàn)誘導(dǎo)的目的。 2021 年馬壽峰，李艷君，賀國光根據(jù)誘導(dǎo)與控制的相關(guān)原理，全方位分析后提出了長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 誘導(dǎo)與控制之間的協(xié)調(diào)必要性。 2021 年王亮，馬壽峰，賀國光等首次提出了交通控制與誘導(dǎo)遞階協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。同年，張治覺在前人研究的基礎(chǔ)上建立了交通分配和控制組合的雙層模型，并通過等價變換提出了求解算法。2021 年林松，馬壽峰，張思偉等建立了一種系統(tǒng)最優(yōu)下的感應(yīng)控制 — 誘導(dǎo)遞階優(yōu)化協(xié)調(diào)模型。保麗霞，楊兆升等人于 2021 年考慮到交叉口信號控制對交通延誤的影響，建立了以路網(wǎng)總出行時間最小為目標的交通流均衡分配方程。 2021 年戴紅 ，楊兆升等人建立了誘導(dǎo)與控制的協(xié)同優(yōu)化交通流分配模型，并首次提出了基于遺傳算法的求解。保麗霞，楊兆升等人于 2021年在解決城市擁堵和總出行時間最省等方面進行研究提出了雙目標誘導(dǎo)控制協(xié)同優(yōu)化模型，在算法上引入了飽和度的概念。 2021 年谷遠利，李善梅等人分析了交通誘導(dǎo)與交通控制系統(tǒng)協(xié)同問題，提出了交通誘導(dǎo)與控制的一體化協(xié)同模型，并利用蟻群算法對模型進行了求解。 通過國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以看出，我國對交通誘導(dǎo)與控制的研究和發(fā)達國家有一定的差距，然而伴隨著研究的深入，國內(nèi)的相關(guān)研究收獲很大，但也存在許多不足之處。各學(xué) 者雖然都根據(jù)國內(nèi)外研究經(jīng)驗提出了交通誘導(dǎo)與控制的模型，但在各研究文獻中能夠?qū)⒔煌ㄕT導(dǎo)與交通控制兩者協(xié)同起來的很少，或是即使能夠建立協(xié)同研究模型，兩者之間也不是同等平臺的，而是各有側(cè)重，這樣就會導(dǎo)致交通誘導(dǎo)和交通控制的協(xié)同受限。因此有關(guān)交通誘導(dǎo)與交通控制的協(xié)同研究我們還有許多問題有待解決。 ：本文的主要研究了基于車路協(xié)同環(huán)境下的城市交通誘導(dǎo)與協(xié)同模型，在研究過程中，主要通過理論、計算和實例仿真驗證等多個方面，從不同的角度對本文創(chuàng)建的模型進行分析和評估。首先，關(guān)于交通誘 導(dǎo)和交通控制理論進行簡單介紹，并概括分析了當前國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)當前國內(nèi)交通在協(xié)同研究方面的不足之處，面對當前各大中城市的交通擁堵問題，結(jié)合前人的解決方案，本文從交通誘導(dǎo)和交通控制兩個方面著手進行協(xié)同研究，提出更加可靠實用的解決方案。其次，在分析過相關(guān)理論以后，探討了產(chǎn)生城市交通擁堵問題的原因，其關(guān)鍵是由于于城市交通流的分配不夠均衡造成的，文中根據(jù)交通流的特性創(chuàng)建了以路網(wǎng)總延誤時間為目標函數(shù)的協(xié)同模型，緊接著設(shè)計了遺傳算法對模型進行求解，最后利用模型的求解結(jié)果，進行小型路網(wǎng)的 Vissim 仿真實驗驗證模型 ，對模型給予相應(yīng)的評估。 ，圖 11 為本文的主要技術(shù)路線流程圖。 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 長春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 第二章交通誘導(dǎo)與交通控制的基本理論 交通控制和交通誘導(dǎo)在交通領(lǐng)域中是兩個不同的概念，兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系，其區(qū)別在于用不同的方式對交通流產(chǎn)生影響。交通誘導(dǎo)與交通控制之間存在著必然的聯(lián)系，欲解決城市交通擁堵問題需要兩者的協(xié)同。交通控制主要是以交通管理者的角度來影響交通流的，而交通誘導(dǎo)則是以交通參與者的角度考慮的。交通系 統(tǒng)涵蓋了交通參與者、管理者和相關(guān)的交通設(shè)施。研究車路協(xié)同環(huán)境下的交通控制與誘導(dǎo)，首先應(yīng)該熟悉相關(guān)的基本理論。 城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是以實時交通動態(tài)分配理論為核心，綜合運用先進的網(wǎng)絡(luò)和無線通訊技術(shù)，在出行者通過網(wǎng)絡(luò)終端輸入出發(fā)地和目的地后，誘導(dǎo)系統(tǒng)可以實時的向其提供最優(yōu)路線和其它相關(guān)道路信息，它是通過對單個車輛的誘導(dǎo)來改善整體道路運行狀況的一個系統(tǒng)。通過城市誘導(dǎo)系統(tǒng)的誘導(dǎo)可以有效地提升對城市道路資源的利用，減少城市交通擁堵的發(fā)生，降低交通事故率。 交通誘導(dǎo)的概述 智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng) 主要通過定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)和無線傳輸技術(shù)為使用者提供定位服務(wù)、最優(yōu)的出行路線，進而減少車輛在道路上的行駛時間，使出行者的出行更加便捷高效。交通誘導(dǎo)按照誘導(dǎo)信息的發(fā)布方式，可以分為單車誘導(dǎo)系統(tǒng)和群體車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)；按照誘導(dǎo)的對象可以分為靜態(tài)交通誘導(dǎo)和動態(tài)交通誘導(dǎo)。無論哪種誘導(dǎo)系統(tǒng)，交通誘導(dǎo)的組成都包括以下結(jié)構(gòu)： 交通信息采集單元：實現(xiàn)對交通數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成誘導(dǎo)信息并提供給其他誘導(dǎo)組成部分的使用。交通信息的采集主要通過城市道