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《吉林大學》 2015年

基于實時數據的路網交通狀態(tài)可靠性分析方法研究

楊聚芬  

【摘要】：近年，由于道路交通網絡供不應求，交通運行狀態(tài)不斷出現由順暢到擁擠再到擁堵的逐漸惡化現象，導致道路交通運行穩(wěn)定性和可靠程度受到了嚴重破壞，帶來了嚴重的出行時間浪費、環(huán)境質量降低和車輛損耗加劇的不良后果；同時，由于社會生活水平的不斷提高，居民出行活動日益頻繁化、豐富化，為了能夠在有限的時間內完成多次出行活動，居民逐漸提高了對道路交通運行效率和運行狀態(tài)可靠性的要求。因此，開展基于實時交通數據的路網交通狀態(tài)可靠性研究不僅是智能交通系統的重要研究內容，也是當今交通可靠性研究范疇的重要課題。 路網交通狀態(tài)可靠性評價、路網交通狀態(tài)可靠性預測和路網交通狀態(tài)可靠性分配是道路交通可靠性研究的三個步驟。第一步的目的是評價當前路網、OD對子路網、路徑和路段/交叉口的交通狀態(tài)可靠性的實際情況；第二步的目的是預測未來時刻的路網交通狀態(tài)可靠性狀況，以便提前制定交通管理策略和出行計劃；最后一步的目的是研究在確定了路網交通狀態(tài)可靠性目標值后，應該給其組成路段/交叉口分配多大的可靠性才能最高效、最經濟地實現該目標值。目前，已有研究成果大多是關于交通可靠性評價方面的研究，關于交通可靠性預測、分配方面的研究非常少，幾乎沒有對其進行專門研究的成果，存在較大的提升空間。 本文以實時獲取的動態(tài)交通數據為基礎，深化和拓展路網交通狀態(tài)長期可靠性和現勢可靠性的評價方法，并對路網交通狀態(tài)可靠性預測方法和路網交通狀態(tài)可靠性分配方法進行了有益探索和深入研究，為進一步改善路網整體交通狀態(tài)可靠性提供技術支持。論文完成的創(chuàng)新性工作和取得的研究進展主要包括以下四個方面。 （1）在交通狀態(tài)長期可靠性評價方面。基于已往研究成果，結合路網結構層次劃分和交通狀態(tài)判別，探討了交通狀態(tài)故障模式識別，并構建了基于故障樹分析法的路網交通狀態(tài)長期可靠性在線分析算法，該算法應用交通狀態(tài)故障樹的最小割集、最小徑集分析結果，實現了對路網交通狀態(tài)長期可靠性的定性分析和定量評價。同時，綜合考慮路段/交叉口結構重要度、概率重要度和關鍵重要度三個指標，提出了一種影響路網交通狀態(tài)長期可靠性的關鍵路段/交叉口確定方法。通過定義最小割集診斷重要度和路段/交叉口診斷重要度的概念，設計了一種路網交通狀態(tài)故障診斷決策系統。研究成果進一步拓展了交通狀態(tài)長期可靠性評價方法，并提出了有效的路網交通狀態(tài)故障診斷決策系統。 （2）在交通狀態(tài)現勢可靠性評價方面。針對交通量具有二重性的不足，重新對交通狀態(tài)現勢可靠性指數進行了定義，設計了基于實時交通數據的路段/交叉口、路徑、OD對子路網和路網交通狀態(tài)現勢可靠性指數計算方法。以此為基礎，綜合考慮路段/交叉口的物理拓撲特性、承擔交通量特性、交通狀態(tài)現勢可靠性特性和影響力特性四個方面，構建了影響路網交通狀態(tài)現勢可靠性的關鍵路段/交叉口評價指標體系，，并提出了一種基于多屬性決策理論的關鍵路段/交叉口在線確定方法。實證分析表明，本文所設計的交通狀態(tài)現勢可靠性指數能夠實時準確的反映交通狀態(tài)可靠性的動態(tài)特性，同時證明了基于多屬性決策理論的關鍵路段/交叉口確定方法的合理性。研究結果進一步完善了交通狀態(tài)現勢可靠性在線分析方法，為動態(tài)交通狀態(tài)可靠性管理控制提供了決策依據。 （3）在交通狀態(tài)可靠性預測方面，為了能夠預測未來多個時刻的路網交通狀態(tài)可靠性情況，在借鑒其他領域可靠性預測成果的基礎上，探討了交通狀態(tài)可靠性多步預測原理，針對多步預測引起誤差遞增的現象，提出交通狀態(tài)可靠性可預測性估計思想，最終針對交通狀態(tài)長期可靠度和現勢可靠性指數兩種交通狀態(tài)可靠性指標，構建了基于粒子群優(yōu)化小波神經網絡的交通狀態(tài)可靠性預測雙層模型，該模型的上層為交通狀態(tài)可靠性可預測性估計模型，下層為交通狀態(tài)可靠性多步預測模型。研究成果獲得了較好的交通狀態(tài)可靠性預測性能。 （4）在交通狀態(tài)可靠性分配方面，針對目前交通狀態(tài)可靠性管理與改善方案缺少量化依據的現實，通過借鑒其他領域在可靠性分配方面的研究成果，根據交通狀態(tài)可靠性的特殊性，提出交通狀態(tài)可靠性分配的思想，構建了其影響因素體系及量化方法，并提出了一種基于層次分析法的交通狀態(tài)可靠性分配權重確定方法，以此為基礎，分別針對交通狀態(tài)長期可靠度和交通狀態(tài)現勢可靠性指數兩種交通狀態(tài)可靠性指標，設計了路網、OD對子路網和路徑三個層次的交通狀態(tài)可靠性分配方法，并針對分配結果溢出和尋優(yōu)問題，分別設計了交通狀態(tài)可靠性分配的再分配方法和路段/交叉口分配結果的優(yōu)化方法。研究成果為交通規(guī)劃、道路設計和交通管理控制提供了決策依據。 本論文中涉及到的研究內容、研究方法和研究結論是對實時數據下的路網交通狀態(tài)可靠性分析方法研究的拓展補充和有益探索，所取得的研究成果，對于深化路網交通狀態(tài)可靠性分析方法具有重要的學術意義，同時對于改善路網交通狀態(tài)可靠性具有顯著的實用價值。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U491
【目錄】：

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