智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)第1頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

前言：傳統(tǒng)的城市交通理論，一般單純從城市交通管理系統(tǒng)的單一子系統(tǒng)孤立研究交通問題，具有很大的片面性，已不能解決城市交通量與道路增長不匹配而導(dǎo)致的日益嚴(yán)重的交通擁擠，交通事故、能源消耗和環(huán)境污染等問題。因此本書重點論述動態(tài)交通分配理論、協(xié)同理論和智能控制理論，為綜合解決城市道路交通問題提供更加符合我國國情的先進(jìn)理論方法第2頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1動態(tài)交通分配理論

1.目的：就是將時變的交通出行合理分配到不同的路徑上，以降低個人的出行費用或系統(tǒng)總費用，它是在交通供給狀況以及交通需求狀況均為已知的情況下，分析其最優(yōu)的交通流量分布模式，從而為交通流控制和管理、城市交通流誘導(dǎo)等提供依據(jù)。

2.基本概念：（1）動態(tài)用戶最優(yōu)：指路網(wǎng)中任意時刻、任何OD對之間被使用的路徑上的當(dāng)前順時行駛費用相等，且等于最小費用的狀態(tài)。從路網(wǎng)中每個用戶的角度考慮，尋求整個系統(tǒng)總得出行時間最少或費用最低。（規(guī)劃者意愿，較為實際）第3頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1動態(tài)交通分配理論2.基本概念：（2）動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)：指在所研究的時段內(nèi)，出行者各瞬時通過所選擇的出行路徑，相互配合，使得系統(tǒng)的總費用最小。從路網(wǎng)系統(tǒng)的角度考慮，尋求整個系統(tǒng)總得出行時間最少或費用最低。（3）路段流出函數(shù)模型：反映交通擁擠，抓住網(wǎng)絡(luò)動態(tài)本質(zhì)特性的關(guān)鍵。（4）路段阻抗特性模型：通過交通量和走行時間或費用關(guān)系來反映，動態(tài)交通分配中采用的狀態(tài)變量不是靜態(tài)交通流分配中的交通量，而是某時刻路段上的交通負(fù)荷。第4頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1動態(tài)交通分配理論3.動態(tài)交通分配理論現(xiàn)狀：縱觀國內(nèi)外動態(tài)交通分配理論和方法的研究，到目前為止，從研究方法角度而言，可以分為：（1）數(shù)學(xué)規(guī)劃及按摩方法（2）最優(yōu)控制理論建模方法（3）變分不等式理論建模方法（4）計算機(jī)模擬第5頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1動態(tài)交通分配理論4.動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)和用戶最優(yōu)分配模型前提假設(shè)（1）路網(wǎng)拓補空間結(jié)構(gòu)已知（2）路網(wǎng)特性、路段行駛時間函數(shù)、路段流出率函數(shù)均已知（3）動態(tài)的時變交通需求已知（4）車輛的產(chǎn)生與吸引只發(fā)生在節(jié)點處，路段之中不吸引和產(chǎn)生車輛動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)分配模型目標(biāo)第6頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1動態(tài)交通分配理論4.動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)和用戶最優(yōu)分配模型動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)分配模型目標(biāo)（1）使系統(tǒng)總行程時間最?。?）使系統(tǒng)總費用最?。?）使系統(tǒng)總延誤最小（4）是系統(tǒng)平均擁擠度最小動態(tài)用戶最優(yōu)分配模型：對動態(tài)用戶最優(yōu)定義不同，將會構(gòu)造出不同的模型。5.準(zhǔn)用戶最優(yōu)動態(tài)交通分配第7頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.2智能協(xié)同理論1.協(xié)同學(xué)的產(chǎn)生以及研究對象協(xié)同論：是研究在許多子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)中，這些子系統(tǒng)是如何通過協(xié)作和自組織而形成宏觀尺度上的空間結(jié)構(gòu)、時間結(jié)構(gòu)或功能結(jié)構(gòu)，其基本觀點是眾矢量在競爭中產(chǎn)生序參量，并引導(dǎo)和控制整個系統(tǒng)的發(fā)展方向。研究對象：是非平衡開放系統(tǒng)中的自組織及形成的有序結(jié)構(gòu)。隨著中國城市化進(jìn)程的加快，城市道路交通系統(tǒng)作為一個相對獨立的組織系統(tǒng)也正處于劇烈的變化階段，這完全符合協(xié)同論的研究條件

第8頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.2智能協(xié)同理論2.城市交通流系統(tǒng)特征分析交通流系統(tǒng)具有開放性，遠(yuǎn)離平衡的特點交通流系統(tǒng)參數(shù)時變城市交通流整體的出行特性在時間和空間上具有相對確定性當(dāng)路網(wǎng)上車流量達(dá)到一定閥值時，原定態(tài)失穩(wěn)，出現(xiàn)臨界狀態(tài)，達(dá)到新穩(wěn)定。存在臨界減慢現(xiàn)象城市交通流的有序結(jié)構(gòu)靠信息流來維持。第9頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.2智能協(xié)同理論3.車輛誘導(dǎo)、交通控制、公共交通協(xié)同理論誘導(dǎo)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)協(xié)同控制系統(tǒng)與公交系統(tǒng)協(xié)同誘導(dǎo)系統(tǒng)與公交系統(tǒng)協(xié)同第10頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.2智能協(xié)同理論3.UTCS與UTFGS協(xié)同理論模式與算法模式（1）數(shù)據(jù)共享式（2）主從式（3）遞階協(xié)同式（4）一體化方式算法（1）偏重于控制的方法（2）偏重于誘導(dǎo)的方法（3）交通控制與動態(tài)交通分配迭代優(yōu)化法（4）全局優(yōu)化法第11頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.3交通網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)交通信息預(yù)測理論1.實時動態(tài)交通信息預(yù)測的意義

隨著GPS浮動車、手機(jī)定位等交通檢測技術(shù)的日趨成熟，把什么形式的動態(tài)交通信息提供給用戶才能達(dá)到避免擁擠、提高路網(wǎng)使用效率的目的，如何在短時間內(nèi)得到這些信息，以及如何根據(jù)這些信息快速確定最佳行駛路徑，已成為國際智能運輸領(lǐng)域的前沿問題。2.短時交通信息預(yù)測理論模型體系適合我國交通特點的交通流量動態(tài)預(yù)測理論模型體系的建立（1）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交通流量預(yù)測模型的研究（2）基于高階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交通流量預(yù)測模型的研究（3）基于卡爾曼濾波理論的交通流量預(yù)測模型的研究第12頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.3交通網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)交通信息預(yù)測理論無檢測器交叉口交通流量預(yù)測理論和方法研究路段行程時間間接預(yù)測理論和方法研究（1）模型思想：通過分析交叉口的運行時間分成車輛在路段上的運行時間和交叉口的運行時間兩部分。其中交叉口的運行時間包括路段，交叉口行駛時間和交叉口的延誤時間。（2）路段行程時間的計算模型把行程時間分成車輛在路段上的運行時間和交叉口的延誤時間兩部分，利用預(yù)測的流量和速度，結(jié)合其他的動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)，從而分別計算這兩部分運行時間，然后將這兩部分時間結(jié)合，獲取路段行程時間。第13頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章：智能運輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.4智能控制理論1.理論內(nèi)容：自