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基于网格的城市交通流仿真研究

作　者: 谭炳文
导　师: 王更生
学　校: 华东交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 并行仿真任务调度同步策略最佳路径交通流
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济发展、城市化进程的加快,我国城市汽车拥有量及道路交通需求急剧增加。交通拥挤、道路堵塞情况越来越严重,从而导致出行时间的延长、宝贵资源的浪费、交通事故急剧的增加和城市环境污染的加剧,已经严重地困扰着我国经济的高速稳定的发展。为了找到一种科学合理有效解决城市交通拥挤的方法,并可以用于城市交通规划、管理。本文结合宏观交通仿真的特点研究了交通流仿真的若干关键技术,在Globus网格平台MPI并行环境中设计了基于网格城市交通流仿真(GUTS)系统。论文的主要内容包括以下几个部分:(1)对GUTS系统建立可能性、可靠性、必要性作了分析。(2)对GUTS系统进行了理论分析和系统功能模块结构化设计,对系统的五大功能模块进行了分析研究,构建了交通仿真模型。(3)以面向对象的方式设计了城市交通流仿真系统。(4)对OD(Origin Destination)量进行分析、预测,结合交通信息在道路网进行动态的OD量分配,根据最佳出行路径的算法,进行了最短路径仿真,提出了网络最优路径选择服务的计算方法。(5)研究了并行计算任务在异构环境下的调度问题,提出了两种异构环境中独立任务的调度算法,分别是优先级Min-min调度算法(FMM算法)和双匹配调度算法(BM算法)。(6)研究了交通并行仿真的同步策略问题。针对仿真同步策略问题,本文分析了现有的四类同步策略在宏观交通仿真中的应用以及各策略的优缺点,并提出了新的同步策略。基于网格城市交通流仿真系统可以协助出行者从出发点按最优行驶路线到达目的地,有效地防止交通阻塞的发生,减少车辆在道路上的延误时间,使路网畅通、高效运行,并实现交通流量在整个网络中平衡。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 研究背景和意义  11-14
    1.1.1 智能交通系统中存在的问题  11-12
    1.1.2 网格技术应用的机遇  12-13
    1.1.3 交通流仿真的意义与作用  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
    1.2.1 智能交通信息系统的研究现状  14-16
    1.2.2 网格技术的研究现状  16-17
    1.2.3 交通流仿真的研究现状  17-18
  1.3 本文的主要工作  18-19
  1.4 本文的组织框架  19-21
第二章网格环境中并行计算的研究  21-46
  2.1 网格技术简介  21-27
    2.1.1 网格的内涵  21
    2.1.2 网格计算  21-24
    2.1.3 开放网格服务结构与网格服务  24-25
    2.1.4 网格中间件  25-26
    2.1.5 Globus 网格中间件  26-27
  2.2 GLOBUS平台上的程序设计  27-33
    2.2.1 基于Globus GRAM 的细粒度并行计算  28
    2.2.2 基于Globus DUROC 的粗粒度并行计算  28-31
    2.2.3 基于MPI 的并行计算  31-32
    2.2.4 交通网格层次体系结构设计  32-33
  2.3 并行任务的分配与调度研究  33-40
    2.3.1 任务的划分  33-34
    2.3.2 任务的调度  34-36
    2.3.3 任务调度的研究成果  36-38
      2.3.3.1 PMM 任务调度算法  37
      2.3.3.2 BM 任务调度算法  37-38
    2.3.4 系统中的任务分配与调度  38-40
  2.4 网格地图服务的负载平衡  40-45
    2.4.1 负载平衡概述  40-41
    2.4.2 多网格地图服务系统框架  41-42
      2.4.2.1 网格调度器  41-42
      2.4.2.2 网格地图服务实例池  42
    2.4.3 网格地图服务的负载平衡策略  42-45
  2.5 本章小结  45-46
第三章城市交通流仿真系统的结构框架  46-58
  3.1 交通流建模理论  46-48
    3.1.1 交通流的基本特性  46-47
    3.1.2 宏观交通流模型  47
    3.1.3 城市交通流诱导系统理论依据  47-48
  3.2 交通信息来源及应用服务需求分析  48-49
  3.3 城市交通流诱导系统结构框架及功能模块功能分析  49-56
    3.3.1 城市交通流仿真系统的功能和示意结构图  51-52
    3.3.2 数字城市地图模块  52-53
    3.3.3 交通信息采集与处理模块  53
    3.3.4 交通信息查询与发布模块  53-54
    3.3.5 路径引导功能模块  54-55
    3.3.6 车辆仿真功能模块  55-56
    3.3.7 五大功能模块的独立性和可行性  56
  3.4 硬件总体结构  56-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章系统的数据组织和软件的实现  58-75
  4.1 系统开发环境介绍  58-60
    4.1.1 VC 开发工具中面向对象编程思想  58
    4.1.2 组件MapX 介绍  58
    4.1.3 VC 中调用MapX 控件  58-59
    4.1.4 MapInfo 的数据结构  59-60
  4.2 系统主要模块模型  60-65
    4.2.1 车辆产生模型  60-61
    4.2.2 路网描述模型  61-64
    4.2.3 路网分析模型  64-65
      4.2.3.1 静态最优行车路线模型  64
      4.2.3.2 动态行车路线模型  64-65
      4.2.3.3 随机行车路线模型  65
  4.3 系统数据组织结构  65-72
    4.3.1 交通实体对象  65-70
    4.3.2 仿真交互对象  70-71
    4.3.3 仿真通信对象  71
    4.3.4 数据统计对象  71-72
  4.4 GUTS 系统的主要运行流程  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章系统的算法实现  75-86
  5.1 OD 量概述与分析  75-77
    5.1.1 底特律法算法  75-76
    5.1.2 重力模型算法  76-77
  5.2 道路与交叉口的通行能力  77-79
  5.3 交通阻抗分析  79-80
  5.4 行车间距的设计  80-81
  5.5 交通流死锁的检测与解除  81-82
  5.6 利用VC 实现道路网的拓扑分析  82-84
  5.7 诱导时权值(行程时间)的分析与实现  84-85
  5.8 本章小结  85-86
第六章并行仿真任务的同步策略研究  86-98
  6.1 现有的四类同步策略  86-91
    6.1.1 保守同步策略  86-87
    6.1.2 乐观同步策略  87-89
    6.1.3 混合同步策略  89
    6.1.4 基于保守通信的乐观同步策略  89-90
    6.1.5 略带保守思想的乐观同步策略  90
    6.1.6 自适应同步策略  90-91
  6.2 同步策略的分析比较  91
  6.3 同步策略在交通仿真中的应用研究  91-95
    6.3.1 宏观交通并行仿真中事件消息的特点  91-92
    6.3.2 保守同步策略的应用  92-93
    6.3.3 乐观同步策略的应用  93-95
    6.3.4 混合同步策略与自适应同步策略的应用  95
  6.4 适于宏观交通并行仿真的同步策略  95-97
  6.5 GUTS 系统的时间推进模式  97
  6.6 本章小结  97-98
第七章交通诱导服务研究  98-114
  7.1 问题的提出  98-99
  7.2 交通网格平台下的交通流预测服务  99-103
    7.2.1 广义神经网络预测模型  99-101
    7.2.2 交通网格平台下的神经网络训练服务及预测服务  101-103
  7.3 DIJKSTRA 算法求最佳路径  103-106
    7.3.1 Dijkstra 算法原理  103-104
    7.3.2 Dijkstra 算法实例  104-105
    7.3.3 Dijkstra 算法求最佳路径  105-106
  7.4 网络最优路径选择服务  106-113
    7.4.1 网络最优路径服务的实现  106-112
      7.4.1.1 网络树模型  107-110
      7.4.1.2 路径优化定理  110-112
    7.4.2 行程时间推算方法  112
    7.4.3 基于交通流预测结果的最优路径选择  112-113
  7.5 本章小结  113-114
第八章总结与展望  114-116
  8.1 主要工作回顾  114-115
  8.2 今后的工作  115-116
致谢  116-117
参考文献  117-120
个人简历在读期间发表的学术论文  120

基于网格的城市交通流仿真研究

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