【摘要】：快速路連接城市的各個(gè)區(qū)域,提供長(zhǎng)距離快速交通服務(wù),已經(jīng)成為支撐城市交通系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。然而,與日俱增的交通壓力導(dǎo)致相當(dāng)比例的短距離出行需求不斷向快速路傾斜,快速路不快已經(jīng)成為眾所周知的事實(shí)。一旦出現(xiàn)交通擁堵,相對(duì)封閉的道路結(jié)構(gòu)往往不利于擁堵的控制和疏導(dǎo),進(jìn)行快速路擁堵機(jī)理和交通狀態(tài)的判別研究迫在眉睫。如何快速判別交通運(yùn)行狀態(tài),揭示擁堵傳播的內(nèi)部機(jī)理,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)交通狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì),是實(shí)施快速路交通控制和管理的重點(diǎn)和難點(diǎn),也是解決城市交通問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。因此,立足于為交通管理提供信息服務(wù),論文從快速路交通存在的實(shí)際問(wèn)題出發(fā),開(kāi)展交通擁堵傳播機(jī)理、交通狀態(tài)判別、交通流預(yù)測(cè)及浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)處理等相關(guān)問(wèn)題的理論與方法研究�；诮煌髁渴睾愣�,對(duì)常發(fā)性擁堵和偶發(fā)性擁堵的瓶頸交通流進(jìn)行同質(zhì)抽象,結(jié)合尖點(diǎn)突變理論平衡曲面方程,建立擁堵臨界傳播速度方程,在考慮關(guān)鍵影響因素的前提下,對(duì)擁堵的傳播速度、持續(xù)時(shí)間和影響范圍等參數(shù)進(jìn)行量化,提出快速路擁堵傳播機(jī)理模型,并通過(guò)兩種交通條件下的仿真對(duì)所提模型進(jìn)行驗(yàn)證,當(dāng)快速路出現(xiàn)交通擁堵時(shí),根據(jù)瓶頸處和擁堵臨界面的流量差計(jì)算出擁堵傳播的相關(guān)參數(shù),進(jìn)而采取及時(shí)有效的交通控制。以實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)準(zhǔn)確判別為目標(biāo),一方面,基于交通流演化過(guò)程的突變特性,將交通流三參數(shù)的空間分布和尖點(diǎn)平衡曲面進(jìn)行聯(lián)合分析,確定交通流運(yùn)行的最佳控制點(diǎn),并據(jù)此提取出交通狀態(tài)的邊界;另一方面,利用聚類(lèi)算法,從數(shù)據(jù)的角度分析交通流特征,提出改進(jìn)的半監(jiān)督K-Means算法實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)的準(zhǔn)確聚類(lèi),證明三相交通流理論與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的高度一致性;基于此,定義交通狀態(tài)指數(shù),根據(jù)交通流速度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)判定。圍繞城市快速路交通流預(yù)測(cè)問(wèn)題,從路段、快速路、區(qū)域快速路網(wǎng)三個(gè)層面展開(kāi)研究。針對(duì)快速路段,建立宏觀交通流狀態(tài)空間模型,提出改進(jìn)的抗差UKF算法,根據(jù)觀測(cè)協(xié)方差矩陣自適應(yīng)選擇抗差策略,實(shí)現(xiàn)快速路段的交通流狀態(tài)估計(jì);針對(duì)長(zhǎng)距離快速路,首先對(duì)浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)存在的異常和缺失問(wèn)題展開(kāi)研究,提出異常數(shù)據(jù)檢測(cè)算法和缺失數(shù)據(jù)修復(fù)算法,為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支撐;其次,在掌握交通流周期性和隨機(jī)性的前提下,提出基于交通流特性的多尺度混合預(yù)測(cè)算法,并利用修復(fù)后的浮動(dòng)車(chē)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了快速路交通流的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和交通狀態(tài)的實(shí)時(shí)判別;針對(duì)區(qū)域快速路網(wǎng),基于深度學(xué)習(xí)的理論框架,從數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)重構(gòu)、交通流特性等角度進(jìn)行優(yōu)化,提出基于LSTM-RNN的路網(wǎng)交通流預(yù)測(cè)模型,保證周期性交通流的穩(wěn)定復(fù)現(xiàn),同時(shí)放大交通流的隨機(jī)波動(dòng)特性,同樣利用修復(fù)后的浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)完成模型驗(yàn)證,研究發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升和模型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有助于在提高預(yù)測(cè)精度的同時(shí)減少模型的訓(xùn)練時(shí)間,提高算法的實(shí)用性。論文從城市快速路的實(shí)際交通問(wèn)題出發(fā),完成了擁堵傳播機(jī)理模型、交通狀態(tài)判別、交通流預(yù)測(cè)模型搭建和數(shù)據(jù)處理及驗(yàn)證四個(gè)環(huán)節(jié)的研究,同時(shí)從提高模型和算法的實(shí)用性和適用范圍等方面提出了展望,以期能夠?yàn)槌鞘锌焖俾方煌ü芾硖峁┛煽康睦碚摵图夹g(shù)支撐。
【圖文】：

圖 4-3 突變平衡曲面交通流時(shí)空分布4.1.2 快速路交通狀態(tài)演化本節(jié)研究采用的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本如表 4-1 所示關(guān)算法獲取“車(chē)速-車(chē)頭間距”數(shù)據(jù)[129][130]，拍攝地交通流特征，兩個(gè)樣本的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間涵蓋工作的天氣條件一致，不存在環(huán)境因素造成的數(shù)據(jù)誤1) 樣本 1 為雙向 6 車(chē)道，數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)是內(nèi)環(huán)為雙向 8 車(chē)道，采集地點(diǎn)位于延安高架與南2) 樣本 1 中路段靠近雙向隔離欄的內(nèi)側(cè)車(chē)道為道的車(chē)流對(duì)內(nèi)側(cè)車(chē)道的影響最小，故選擇 3近雙向隔離欄的內(nèi)側(cè)車(chē)道為 4 車(chē)道，3、2、

44圖 4-5 基于尖點(diǎn)突變的交通流參數(shù)分布流消散演化 J→S→F速度突變使得交通流從自由流到阻塞流的演化過(guò)程在較短的時(shí)間內(nèi)完成，即布區(qū)域較窄。然而，交通流的消散過(guò)程要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。以樣本 2 為例，是交通擁堵出現(xiàn)之后，流量與占有率的分布變化，，圖 a-e 分別是每個(gè)時(shí)段（30 的流量-占有率分布關(guān)系，從 a 到 c，擁堵進(jìn)一步惡化，流量幾乎全部分布在 c 所示時(shí)段最為嚴(yán)重，平均流量降至約 1500pcu/h，從圖 d 到圖 e，擁堵開(kāi)始流恢復(fù)正常，平均流量恢復(fù)至 1800pcu/h。圖 f 所示是將全部時(shí)段的流量分布進(jìn)行疊加之后的結(jié)果，與圖 4-1 所示的交
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U491.265

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本文編號(hào)：2647472