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原文传递城市关联交叉口交通流预测控制理论与方法

论文题名：	城市关联交叉口交通流预测控制理论与方法
关键词：	城市;关联度;交叉口;交通流预测;预测控制算法;短时交通流;预测方法;研究成果;优化;组合预测;自适应性;预测模型;流动力学;非线性;动力学特性;存在;对关联;预测精度;性能函数;信息获取
摘要：	城市关联交叉口以地理位置相邻、交通流之间存在一定关联性且其关联性度量动态变化为主要特征，是普遍存在于城市路网中的一类交叉口集合形式。这些城市关联交叉口构成城市路网中的重点交通区域(包括重要交通密集及交通瓶颈地带)，因此，对城市关联交叉口的控制效果直接影响着城市路网局部通行效率。另一方面，由于交通流具有强非线性和时变特征，而传统的控制策略自适应性较差未能跟踪交通流的复杂变化，也忽略了从交通流相关性的角度出发，以关联交叉口总体通行效率最优为目标来制定配时方案，这就导致实际中对关联交叉口的控制效果不佳。探求具有自适应性、以全局最优为目标的城市关联交叉口信号控制方法，已成为改善我国城市交通问题的现实迫切需要。为此，本文以城市关联交叉口为研究对象，提出采用预测控制的“模型预测、滚动优化、在线反馈”思想，研究城市关联交叉口交通流的预测控制方法。本文的主要工作和研究成果包括：一、从交通流时间序列之间关联度计算的角度出发，初步对关联交叉口进行定义，首次从交叉口精细交通流信息获取、短时交通流预测模型、预测控制优化性能函数及优化算法、预测控制范围动态划分等方面，全面地提出了城市关联交叉口交通流预测控制的体系结构。二、系统地研究具有车型信息的精细交通流获取方法，结合感应线圈的检测信号存在时间弯曲的特点，研究了基于DTW的多模板匹配车型分类算法；同时，对无检测交叉口交通流获取方法归纳为邻近交叉口关联分析、移动+固定检测融合方法等三类。三、针对短时交通流动力学行为异常复杂的特点，本文结合交通混沌研究的最新成果，提出短时交通流动力学特性分析流程。首先，通过相空间重构技术恢复短时交通流的规律轨道，再利用Lyapunov指数、功率谱估值和Kolmogorov熵等特征量，将短时交通流系统划分为确定性、随机、混沌三类。实验对非线性跟驰模型生成的仿真交通流和现实短时交通流进行分析，证实了动力学特性分析流程的有效性。四、提出在进行可预测分析的基础上，充分综合各种单项预测方法的优缺点和可能存在的优势互补性，建立基于RBF网络的非线性组合预测模型。仿真实验表明，组合预测具有不低于任何单项方法的预测精度，通过组合单项预测方法可以提高预测稳定性和预测精度。五、设计了城市关联交叉口交通流预测控制算法，其核心思想是以RBF网络组为关联交叉口交通流量预测模型、以关联交叉口排队长队最小为优化性能指标，通过交通流量实测值与RBF网络预测值存在的误差实现对RBF网络组的在线训练和修正。初步给出城市关联交叉口交通流预测控制中配时参数的确定方法，同时，提出通过灰关联度、非线性关联度分析方法对关联交叉口控制范围进行动态调整的思路。六、结合PSO算法的优势，研究了基于自适应PSO算法的城市关联交叉口交通流预测控制优化求解算法。以包含三个十字路口的关联交叉口为例，设计了交通流预测控制仿真实验，以关联交叉口总排队长度最小为优化指标，利用自适应PSO算法进行配时参数求解，实验结果表明本文方法有效。本文在城市关联交叉口交通流预测控制研究中，着眼于理论与方法体系研究，尤其在交通流信息获取、交通流动力学分析、交通流预测、交通流预测控制算法方面，对已有研究思路与研究成果都进行了较为完整的体系性归纳整理，为后续深入研究理清了思路、明确了重点突破方向。此外，本文对车型分类、交通流可预测性分析及组合预测、性能函数建模及优化等关键技术进行了深入研究，提出了一些新颖的技术路线和求解算法，部分研究成果已投入实际应用并取得良好效果。以上研究成果将有利于促进我国城市交通流预测控制理论的进一步完善和深入研究，对于开发具有我国自主知识产权的交通信号控制系统也具有重要意义。
作者：	傅惠
专业：	控制理论与控制工程
导师：	徐建闽
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文