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原文传递基于仿真的动态网络交通分析与优化关键技术研究

论文题名：	基于仿真的动态网络交通分析与优化关键技术研究
关键词：	交通仿真系统;网络交通;分析与优化;流量;信号控制器;网络加载;算法;模型参数;同步扰动随机近似;路网;量估计;检测器;优化问题;研究成果;效率;同时扰动;同步扰动随机逼近;数据;实际应用;路段
摘要：	实时交通仿真系统是智能交通系统(ITS)中先进的交通管理系统(ATMS)和先进的出行者信息系统(ATIS)的核心组成部分,用于在线仿真评估、预测和帮助优化动态交通管理方案与信息发布策略的性能.发达国家和地区历时15年以上,长期坚持研究和发展,已有多个系统进入到实际应用阶段.DynaCHINA是作者等人在借鉴国外相关研究成果的基础上,经过多年高强度的研发并逐渐形成特色的国产实时交通仿真系统.由于DynaCHINA是一个长期的研究项目,本文针对该系统当前面临的几个关键技术问题开展研究,同时相关研究成果也将充实到软件系统中,推动DynaCHINA逐渐进入到可实际应用阶段. 　　该报告的主要工作和贡献可归纳为以下几个方面: 　　 1)系统阐释DynaCHINA的理论框架、系统结构及软件设计方面的一些思路,包括交通需求模型与仿真、交通供给模型与仿真、路径生成与路径存储的数据结构设计,生成一致性交通状况估计的连续平均算法(MSA)、系统的软件结构及程序实现方面的考虑. 　　 2)将可用于大规模随机系统优化的同步扰动随机逼近(SPSA)算法引入到交通网络系统的几个优化问题当中,可有效并且高效率的予以求解。　　 3)建立了一套“组合式”的动态OD矩阵估计方法,利用带约束的递推广义最小二乘法通过路段交通流量获得动态OD矩阵的估计并作为同时扰动随机近似算法(SPSA)的先验信息,后者可以融合几乎任何形式的交通检测数据来估计动态OD流量,从而获得准确度更高的网络加载(分配)结果。定义了动态OD估计系统的“第一能观性”和“第二能观性”,用于区分不同应用场合对动态OD估计结果的要求,包括是需要准确的动态OD流量或者仅需要可靠的动态OD网络加载结果。大量仿真试验表明,现实中绝大部分路网在没有任何历史OD数据的情况下,仅利用包括流量、速度在内的交通检测数据只能估计出众多可能的动态OD模式中的一种,但能够获得足够准确的网络加载结果,并可用于交通信号控制系统、基于当前路况的全程实时交通诱导系统和面向小范围用户提供预测式交通诱导等场合。　　 4)对于现有的交通仿真系统,动态OD流量的网络加载过程通常不针对具体应用为车辆发车时刻的分布建模并做参数标定,导致仿真系统在不少场合难于准确估计路网中一些拥挤路段的交通流平均速度.将动态OD估计过程的每个估计时间段细分为若干等长度的更小时间间隔,采用“直方图”逼近动态OD流量沿着这些子时段变化的轨迹,并假定动态OD流量在各子时段内部的发车间隔服从均匀分布,建立了车辆发车时刻模型和该模型参数的估计模型.由于待估计参数向量的维数大于动态OD流向量维数,导致参数估计困难,为此采用同步扰动随机近似(SPSA)算法对估计模型进行优化求解.SPSA算法的计算效率与优化向量维数无关,仅取决于网络规模和交通仿真系统的运行效率,因此可应用于大规模网络优化问题中.针对美国加州I805号高速公路上一段拥挤的网络进行测试,表明本文的方法是十分有效和高效率的. 　　 5)为优化区域交通网络中各信号控制器的配时方案,利用递推最小二乘算法(RLS)和同时扰动随机近似(SPSA)算法由检测器流量估计DynaCHINA动态网络交通仿真与分析系统的动态OD矩阵输入并标定各路段的速度.密度模型参数和饱和流量,获得网络状态的准确估计,包括各路段的速度、密度、流量、队列长度等；在此基础上,利用SPSA算法优化各信号控制器配时参数,包括各信号控制器的周期、相位差和绿信比,使得网络中车辆的平均旅行延误、队列长度、或交叉口通过量等指标最优。针对实际路网的测试表明,本文的参数标定方法可以获得准确的检测器流量估计,结果明显优于Ashok K的动态OD矩阵与检测器流量估计方法；与现有的基于Synohro信号配时优化软件获得的结果相比较,该方法可较大幅度缩短车辆在路网中的平均旅行延误,并可推广应用于更复杂的区域路网的信号控制参数优化等场合。
作者：	林勇
专业：	力学
导师：	余志
授予学位：	博士后
授予学位单位：	中山大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文