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城市动态网络交通流分配及相关问题的研究

作　者: 连爱萍
导　师: 高自友
学　校: 北京交通大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 动态网络交通配流道路交通流交通信号控制元胞传输路段实际阻抗变分不等式求解算法
分类号: U491.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 945次
引　用: 6次
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内容摘要

智能交通运输系统(ITS)作为一个先进的智能化的综合运输体系,是目前世界上所有国家正在大力发展和应用的现代化交通运输运作和管理系统。城市动态网络交通流分配理论是其中最重要的关键核心技术基础之一,同时交通控制系统与诱导系统的结合研究是交通管理发展的方向,两者集成与协同工作成为ITS研究领域的热点问题。本文在这个背景下,主要针对城市道路交通网络,研究基于道路交通流模型的动态网络交通流分配问题,并同时探讨高峰期拥挤路网条件下动态网络交通流分配与信号控制的组合问题。首先,针对基本的动态用户最优问题,运用了不同的数学语言——不等式来诠释动态用户最优条件,提出了与瞬时动态用户最优及理想动态用户最优条件等价的两个不等式问题,可以作为动态用户最优条件的等价性约束、最小路径阻抗及算法收敛准则。之后,采用道路交通流模型与网络交通流模型结合的方法,探讨了基于道路交通流的动态网络交通流分配问题,重点研究了三部分内容:针对经典LWR模型,研究了基于路段元胞传输模型的动态网络用户最优配流问题。模型中使用路段变量,为用户提供较全面的路段信息,基于元胞传输模型模拟了交通流在网络上的动态演化,设计了满足先进先出条件的实际路段阻抗计算方法,并进行满足DUO条件的动态网络交通流分配。将上述内容延伸,将刻画多用户混合交通流行驶特性的微观道路模型应用到模拟网络交通流的范畴上来,研究了基于道路交通流模型的多用户动态网络交通分配问题。模型以行驶速度对车辆进行分类,在考虑饱和拥挤排队及多种混合车流不对称影响的同时进行动态网络用户最优分配,使得同一类型车辆按照先进先出规则行驶。鉴于LWR模型的不足,进一步考虑将先进的道路交通流模型——速度梯度模型扩展到网络的层面上,用以解决网络交通流的动态演化,提出了基于速度梯度模型的动态网络流演化模型以及路段阻抗计算方法,为实现道路交通流模型与宏观网络交通配流较好的结合做了基础性的工作。最后,本文还针对高峰期拥挤路网条件下动态网络交通流分配与信号控制的组合模型及其求解算法进行了研究。在带有信号控制的动态拥挤路网中,设计了两种方法计算由网络均衡条件决定的拥挤排队延误;构建了高峰期拥挤路网条件下的动态网络交通信号最优配时的广义双层规划模型,进而根据模型特点,设计了基于混沌优化方法求解广义双层规划的有效算法,并通过数值算例对模型和算法的有效性及优越性进行了验证。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-25
  1.1 研究背景及意义  13-17
    1.1.1 研究背景  13-15
    1.1.2 研究意义  15-17
      1.1.2.1 基于道路交通流的城市动态网络交通流分配问题  15-17
      1.1.2.2 城市动态网络交通流分配与信号控制的组合问题  17
  1.2 国内外研究现状  17-22
    1.2.1 城市动态网络交通流分配问题  17-19
    1.2.2 城市动态网络交通流分配与信号控制的组合问题  19-22
  1.3 论文主要内容及结构  22-25
    1.3.1 城市动态网络交通流分配模型  23
    1.3.2 基于路段元胞传输模型的动态网络交通流分配问题  23-24
    1.3.3 基于道路交通流的多用户动态网络交通流分配模型  24
    1.3.4 基于速度梯度模型的动态网络交通流演化模型  24
    1.3.5 动态网络交通流分配与信号最优配时的组合模型及其求解算法  24-25
第二章城市动态网络交通流分配模型  25-49
  2.1 城市动态网络交通流分配模型概述  25-29
    2.1.1 城市动态网络交通流分配模型分类  25-26
    2.1.2 城市动态网络交通流分配研究涉及的数学方法  26-27
    2.1.3 动态网络交通流分配模型结构框架  27-29
  2.2 动态用户最优配流问题  29-47
    2.2.1 基本的符号定义  29-30
    2.2.2 动态网络约束  30-31
    2.2.3 动态用户最优状态的定义  31-34
    2.2.4 基于路段阻抗的变分不等式模型  34-35
    2.2.5 与动态用户最优条件等价的不等式问题  35-42
      2.2.5.1 基于瞬时阻抗的动态用户最优不等式问题  36-37
      2.2.5.2 基于实际阻抗的动态用户最优不等式问题  37-38
      2.2.5.3 不等式实际应用分析  38-40
      2.2.5.4 最优路径阻抗及收敛准则  40-42
    2.2.6 变分不等式问题的求解算法  42-47
      2.2.6.1 模型离散化  42-43
      2.2.6.2 对角化算法  43-44
      2.2.6.3 投影算法  44-45
      2.2.6.4 修正的投影算法  45-46
      2.2.6.5 MSA算法  46-47
  2.3 本章小结  47-49
第三章基于路段元胞传输模型的动态网络交通流分配问题  49-67
  3.1 城市道路交通流模型与网络交通流模型内容概述  49-52
    3.1.1 道路交通流模型  50-51
    3.1.2 网络交通流模型  51-52
  3.2 基于路段元胞传输模型的动态网络交通流分配问题概述  52-54
  3.3 基于路段元胞传输模型的网络交通流演化  54-57
    3.3.1 基于元胞传输模型的路段交通流演化  54-56
    3.3.2 基于元胞传输模型的网络交通流演化  56-57
  3.4 实际路段阻抗的计算  57-59
  3.5 基于路段元胞传输模型的动态用户最优变分不等式问题  59
  3.6 数值实验  59-64
    3.6.1 事故分叉网络  59-61
    3.6.2 带有信号灯控制的Nguyen和Dupius路网  61-64
  3.7 本章小结  64-67
第四章基于道路交通流的多用户动态网络交通流分配模型  67-91
  4.1 多用户交通流研究概述  67-70
  4.2 符号定义  70
  4.3 多用户路段交通流演化  70-74
    4.3.1 元胞车辆数的更新  71-73
    4.3.2 元胞平均车速的更新  73-74
  4.4 多用户网络交通流演化  74-76
    4.4.1 多用户交通流在网络节点处的传播  74-76
    4.4.2 节点新产生的出行需求量的加载  76
  4.5 实际路段阻抗计算  76-77
  4.6 多用户动态网络交通流分配问题  77-79
  4.7 数值实验  79-89
    4.7.1 参数输入  79-80
    4.7.2 结果分析  80-89
      4.7.2.1 多用户交通流相互影响的不对称性分析  80-84
      4.7.2.2 多用户的动态用户最优配流结果  84-89
  4.8 本章小结  89-91
第五章基于速度梯度模型的动态网络交通流演化模型  91-103
  5.1 基于速度梯度模型的流量演化  92-96
    5.1.1 基于速度梯度模型的路段交通流演化  92-94
    5.1.2 基于速度梯度模型的网络交通流演化  94-96
  5.2 节点新产生的出行需求量的加载  96-97
  5.3 实际路段阻抗的计算  97-98
  5.4 突发事故的处理  98
  5.5 数值实验  98-101
  5.6 本章小结  101-103
第六章动态网络交通流分配与信号控制的组合模型及求解算法  103-121
  6.1 概述  103-107
  6.2 动态路段阻抗函数  107-108
  6.3 动态交通信号最优配时模型  108-109
  6.4 基于离散化方法的排队拥挤延误及其组合模型  109-112
    6.4.1 拥挤排队延误函数  109-110
    6.4.2 路段流出量函数  110-111
    6.4.3 基于离散化方法的广义双层规划模型  111-112
  6.5 基于Lagrange乘子法的排队拥挤延误及组合模型  112-114
    6.5.1 能力限制约束的Lagrange乘子  112-113
    6.5.2 基于Lagrange乘子法的广义双层规划模型  113-114
  6.6 算法设计  114-115
  6.7 数值实验与对比  115-119
    6.7.1 参数设置  116
    6.7.2 结果分析  116-119
      6.7.2.1 组合模型及算法的验证  116-118
      6.7.2.2 与固定信号控制系统的对比  118-119
  6.8 本章小结  119-121
结论  121-125
参考文献  125-141
作者简介  141-145
学位论文数据集  145

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