交通混沌現(xiàn)象研究

交通混沌現(xiàn)象研究

1交通混沌的理論研究混合（chos）是指沒有固定系統(tǒng)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)?；煦鐚W(xué)是一門新興學(xué)科,混沌理論所研究的是非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的混沌,目的是揭示貌似隨機(jī)的現(xiàn)象背后可能隱藏的簡(jiǎn)單規(guī)律,以求利用這些普遍遵循的共同規(guī)律來(lái)解決一大類復(fù)雜系統(tǒng)的問題。復(fù)雜系統(tǒng)所表現(xiàn)的非線性動(dòng)力學(xué)性質(zhì),是混沌存在的根源。復(fù)雜系統(tǒng)是自然和社會(huì)事物存在的普遍形式。近年來(lái),混沌的研究已深入到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、思想、自然等各大領(lǐng)域,并取得了一些價(jià)值很高的應(yīng)用成果。特別是,混沌理論在氣象預(yù)報(bào)、股市預(yù)測(cè)和信息加密技術(shù)等方面的成功應(yīng)用,使混沌理論展現(xiàn)出無(wú)窮的魅力。交通系統(tǒng)是復(fù)雜大系統(tǒng),組成系統(tǒng)的各元素之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系,必然導(dǎo)致一些混沌現(xiàn)象的產(chǎn)生。例如:擁擠的馬路上車輛時(shí)走時(shí)停;交通事故導(dǎo)致的交通堵塞;城市中有的道路車水馬龍,而有的道路人車稀少,商業(yè)區(qū)和人口密集的地方交通擁擠不堪,而有的地方交通卻寬松有余;一條道上的交通流存在著高峰期和低峰期,隨時(shí)間在不斷地變化,而且每天都遵循著同樣的變化規(guī)律;不同的人選擇的交通方式不同,而各種交通方式的交通量卻遵循一定的變化規(guī)律等等。在這些常見的交通現(xiàn)象中,都有混沌的影子。本文把交通中的混沌現(xiàn)象稱為交通混沌。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了對(duì)交通混沌的研究,并取得了初步的成果。最近,我們從各種數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到18篇研究交通混沌的文獻(xiàn),以應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分,計(jì)有:交通經(jīng)濟(jì)(國(guó)內(nèi)刊)1篇,交通管理(國(guó)內(nèi)刊)1篇,交通流15篇(國(guó)內(nèi)4篇,國(guó)外11篇),交通控制(國(guó)外刊)1篇。本文將介紹與混沌有關(guān)的基本概念和基本理論,并對(duì)交通混沌的研究進(jìn)行綜述和展望。2混合的基本概念和基本特征對(duì)于混沌、混沌系統(tǒng)至今并沒有公認(rèn)的嚴(yán)格定義。為便于理解交通混沌,先扼要地介紹混沌的重要的基本概念和基本性質(zhì)。2.1軌道高度不穩(wěn)定混沌:是一種貌似無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng),指在確定性非線性系統(tǒng)中,不需要附加任何隨機(jī)因素亦可出現(xiàn)類似隨機(jī)的行為(內(nèi)在隨機(jī)性)?；煦邕\(yùn)動(dòng)(chaoticmotion):是確定性系統(tǒng)中局限于有限相空間內(nèi)高度不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。所謂軌道高度不穩(wěn)定,是指鄰近的軌道隨時(shí)間推移而會(huì)指數(shù)地分離。由于這種不穩(wěn)定性,系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間行為會(huì)顯示出某種混亂性。研究混沌要涉及到以下幾個(gè)基本概念:相空間(phasespace)、分形(fractal)和分維(fractiondimension)、不動(dòng)點(diǎn)(fixedpoint)(又稱平衡點(diǎn)、定態(tài))、吸引子(attractor)、奇怪吸引子(strangeattractor)(又稱混沌吸引子)、分叉(bifurcation)和分叉點(diǎn)(bifurcationpoint)、周期解(periodicsolution)。2.2系統(tǒng)基本特征把處于混沌(復(fù)雜有序)運(yùn)動(dòng)體制的系統(tǒng)稱為混沌系統(tǒng),混沌系統(tǒng)具有以下基本特征:對(duì)初始條件敏感的依賴性、長(zhǎng)期行為的不可預(yù)測(cè)性、不可分解性、穩(wěn)定與不穩(wěn)定性、具有規(guī)律性成份、遍歷性、具有分形性。這些特征是各種混沌判別方法的依據(jù)。3采用混合評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)是否存在混沌?系統(tǒng)是否處于混沌狀態(tài)?這是研究混沌首先遇到的問題。對(duì)此,已經(jīng)有了一些判別混沌的方法,這里簡(jiǎn)介以下五種常用的方法。3.1變量范圍和替代方案替代數(shù)據(jù)法是由Theiler等人提出來(lái)的。該方法的實(shí)現(xiàn)步驟為:首先作零假設(shè)(假設(shè)所討論的時(shí)間序列為線性隨機(jī)序列);按照一定的算法由待檢驗(yàn)序列出發(fā)產(chǎn)生出一組既滿足假設(shè)條件又保留了原序列的傅里葉(Fourier)功率譜值的替代數(shù)據(jù);分別計(jì)算待檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及替代數(shù)據(jù)的李雅普洛夫(Lyapunov)指數(shù)或關(guān)聯(lián)指數(shù)等指標(biāo);再根據(jù)原序列和替代數(shù)據(jù)指標(biāo)的顯著性差異水平,在一定的置信度內(nèi)決定接受零假設(shè)還是拒絕零假設(shè);如果待檢驗(yàn)序列和替代數(shù)據(jù)的特征指數(shù)無(wú)顯著差別,則零假設(shè)為真,待檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是由隨機(jī)過程產(chǎn)生;否則,若待檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和替代數(shù)據(jù)的特征指數(shù)之間有顯著差異,則可拒絕序列是由線性過程決定的零假設(shè),數(shù)據(jù)中必定含有非線性混沌成分。3.2關(guān)聯(lián)維數(shù)的特性G-P算法是由Grassberger&Procaccia提出的。計(jì)算序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)D2,并根據(jù)關(guān)聯(lián)維數(shù)的值來(lái)判定序列的特性。這種方法的判斷準(zhǔn)則是:當(dāng)D2=1時(shí),系統(tǒng)處于自持周期振蕩狀態(tài);D2=2時(shí),系統(tǒng)具有兩種不可約頻率的準(zhǔn)周期振蕩;當(dāng)D2不是整數(shù)或大于2時(shí),系統(tǒng)表現(xiàn)出對(duì)初始條件敏感的混沌振蕩。3.3unov指數(shù)Lyapunov指數(shù)用于量度在相空間中初始條件不同的兩條相鄰軌跡隨時(shí)間按指數(shù)律吸引或分離的程度,這種軌跡收斂或發(fā)散的比率稱Lyapunov指數(shù)。對(duì)于系統(tǒng)xn+1=f(xn),其Lyapunov指數(shù)λ為:Lyapunov指數(shù)λ實(shí)際上就是系統(tǒng)在各次迭代點(diǎn)處導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值的對(duì)數(shù)平均,它從統(tǒng)計(jì)特性上反映了非線性系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。在混沌的診斷中,λ起著非常重要的作用:若λ<,0系統(tǒng)收斂于不動(dòng)點(diǎn);若λ>0(且有限),系統(tǒng)即不會(huì)穩(wěn)定在不動(dòng)點(diǎn),也不存在穩(wěn)定的周期解,同時(shí)也不會(huì)發(fā)散,表明系統(tǒng)進(jìn)入混沌;分叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定軌跡的邊緣,故λ=0。3.4poincar截面上截點(diǎn)的分析在相空間中適當(dāng)(要有利于觀察系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特征和變化,如截面不能與軌跡相切,更不能包含軌線)選取一截面,稱此截面為Poincare截面,相空間的連續(xù)軌跡與Poincare截面的交點(diǎn)成為截點(diǎn)。通過觀察Poincare截面上截點(diǎn)的情況可以判斷是否發(fā)生混沌;當(dāng)Poincare截面上有且只有一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)或少數(shù)離散點(diǎn)時(shí),運(yùn)動(dòng)是周期的;當(dāng)Poincare截面上有一封閉曲線時(shí),運(yùn)動(dòng)是準(zhǔn)周期的;當(dāng)Poincare截面上是一些成片的具有分形結(jié)構(gòu)的密集點(diǎn)時(shí),運(yùn)動(dòng)便是混沌。3.5頻率和頻率的關(guān)系傳統(tǒng)的譜分析是判別混沌的一個(gè)重要手段。根據(jù)傅里葉分析,任何一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)都可以看成基振與其一系列諧振的疊加,各諧振的振幅和頻率的關(guān)系為離散譜線;而對(duì)于任何一個(gè)非周期運(yùn)動(dòng),我們不能展開成傅里葉級(jí)數(shù),而只能展開成傅里葉積分,即;非周期運(yùn)動(dòng)的頻率譜是連續(xù)的。若某動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的頻譜定常、連續(xù)并可重現(xiàn),則可確定該系統(tǒng)是混沌的。此外,判別混沌的方法還有分維法和拓?fù)潇胤ǖ?但其核心仍是計(jì)算Lyapunov指數(shù)。4交通混合研究4.1交通混沌的早期研究據(jù)資料顯示,最早是由J.E.Disbro和M.Frame于1989年把混沌引入交通領(lǐng)域的。1993年R.D.Johanns和D.A.Roozemond只是用混沌思想來(lái)支持其全方位的交通管理策略(因?yàn)橐郧暗慕煌骱蛣?dòng)力學(xué)理論只適用于高速公路的情況,不能適用于城市交通),并未研究交通混沌問題本身;1994年D.S.Dendrinos試圖通過交叉路口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)判別交通流中存在的混沌現(xiàn)象,但由于采樣地點(diǎn)(路口)和采樣時(shí)間(15分鐘)選取的不當(dāng),同時(shí)受到當(dāng)時(shí)混沌判別方法(FFT)的限制,其結(jié)果是失敗的。這些早期的探索性研究具有重大的啟示意義:交通的混沌研究勢(shì)必走向定量化、模型化的研究。而模型化研究的一個(gè)重要方面是要選取合適的方法來(lái)判別交通中是否存在著混沌。開始時(shí),人們用一般的混沌判別方法來(lái)判別交通流的混沌存在性,并如愿以償。后來(lái)人們改進(jìn)了研究方法,選取了合適的判別方法,從交通模型入手,使交通流的混沌研究取得了一些進(jìn)展。文獻(xiàn)和提出用改進(jìn)的G-P算法和替代數(shù)據(jù)方法判別交通流混沌,并把時(shí)間尺度從15分鐘縮短到5分鐘,從而使時(shí)間尺度接近了實(shí)際交通控制的最大周期(2.5-3分鐘)。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,交通混沌的研究主要集中在交通流行為的混沌研究上,對(duì)交通其它方面的混沌研究很少。下面除了主要介紹交通流行為的混沌研究外,也簡(jiǎn)單地介紹一下文獻(xiàn)涉及到交通其它方面的混沌研究情況。4.2交通流中的混沌一隊(duì)行駛的車輛,其行為受到多種因素的影響,不但受到車隊(duì)內(nèi)部相關(guān)因素的影響,而且受到車隊(duì)周圍環(huán)境因素的影響。交通流常常表現(xiàn)為不規(guī)則的復(fù)雜行為。交通流的復(fù)雜行為是否存在混沌,以及如何判別交通流中的混沌,這是人們關(guān)注的問題之一。此類研究可分為兩個(gè)方面,一方面是基于交通流理論模型的混沌研究,另一方面是基于實(shí)測(cè)交通流數(shù)據(jù)的混沌研究。4.2.1交通流混沌模型D.J.Low和P.S.Addison在這方面做了一系列的工作,通過采樣車頭間距來(lái)考察車隊(duì)首輛車的變化能否導(dǎo)致后繼車輛的混沌運(yùn)動(dòng)。其中最有價(jià)值的成果是文獻(xiàn),它基于下列改進(jìn)的跟馳模型來(lái)研究交通流混沌。其中,l和m是正整數(shù),a和b是正實(shí)數(shù),Dn是第n輛車與前輛車期望保持的距離,N是最后一輛車的序號(hào)。顯然,當(dāng)un-1(t-τ)-un(t-τ)>Dn時(shí),第n輛車的加速度有增大的趨勢(shì)。反之,則減小。如果在第一輛車加一個(gè)正弦干擾,后隨車輛車間距就會(huì)隨時(shí)間出現(xiàn)震蕩,越靠后的車輛,震蕩越劇烈。在給定的參數(shù)條件下的Poincare截面顯示,前三輛車存在周期運(yùn)動(dòng),第四輛車存在準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng),第五輛車產(chǎn)生混沌。通過G-P算法計(jì)算的每輛車吸引子的分維數(shù)表明,后行車輛的混沌現(xiàn)象比前行車輛要明顯。文獻(xiàn)分別基于Greenhields模型和Greenberg模型研究了交通流混沌。通過系統(tǒng)仿真技術(shù)對(duì)車隊(duì)的平均速度、車頭間距、車頭時(shí)距進(jìn)行采樣,用Lyapunov指數(shù)法定量地討論跟馳車輛的混沌特性,得出交通流存在混沌的結(jié)論。文獻(xiàn)同樣研究了單道車流的混沌現(xiàn)象,不過研究的是時(shí)間延遲和車流密度的變化所引起交通流的混沌。所用的模型是延遲微分方程:這里,xn是車的坐標(biāo),vn是其速度,A和K是敏感參數(shù),D是車流間隔的最短距離,vper是允許速度,T是安全間隙時(shí)間,?xn0=vnT+D是安全間距,?xn=xn+1+xn?vn=vn+1-vn,τ是延遲時(shí)間,η∈(-η,η)是隨機(jī)燥聲,研究過程中選用的參數(shù)條件為:vper=25(m/s),T=2(s),D=5(m),A=3(m/s2),k=2(s-1),N=100,?=0。邊界條件為;1111x,vvLxNN=+=++,其中,L為道路長(zhǎng)度。而且,考慮到條件:其中:ρ=N/L為車流密度。該文用功率譜和關(guān)聯(lián)維來(lái)分析響應(yīng)的時(shí)間序列。功率譜的指數(shù)衰減和關(guān)聯(lián)維非整數(shù),表明系統(tǒng)存在混沌。研究結(jié)果表明:在密度高和密度低條件下,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài);而在有時(shí)間延遲和密度中等條件下,系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)混沌,且發(fā)現(xiàn)混沌呈多分形(multifractal)吸引子結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)對(duì)兩維交通流研究了交通流混沌,模型參數(shù)較符合實(shí)際,并提出了混沌控制的思想。他們所分析的模型是:其中,px和py分別是向東和向北行駛車輛的密度,vx和vy分別是相應(yīng)的兩個(gè)方向行駛車輛的平均速度。c是交叉路口的車輛通行量比率(afractionofoverpasssites)。該模型考慮了交通燈(由參數(shù)c反映)、車輛不對(duì)稱分配以及交通事故(由px和py反映)的影響。由得出雅可比(Jacobian)矩陣。經(jīng)矩陣運(yùn)算,可得Jacobian矩陣的特征式:))(),((),(21tvtvFFJyx??=有1λ=0和兩個(gè)根。如果滿足λ2>1,則系統(tǒng)出現(xiàn)混沌.顯然,當(dāng)vx和vy趨近零時(shí),滿足λ2>1,交通流出現(xiàn)擁擠。還可知,改變參數(shù)c可改變交通流的狀態(tài),進(jìn)而可控制混沌。4.2.2交通流系統(tǒng)的非確定性系統(tǒng)文獻(xiàn)改進(jìn)了G-P算法,在BolandC++3.0環(huán)境下編制了用改進(jìn)的G-P算法計(jì)算關(guān)聯(lián)維的程序,并對(duì)采樣周期為5分鐘的天津市某道路實(shí)測(cè)交通流時(shí)間序列(包含1500個(gè)數(shù)據(jù))做了計(jì)算,計(jì)算得到該交通流的關(guān)聯(lián)維數(shù)是D2≈.3363。分析得出如下結(jié)論:(1)交通流系統(tǒng)既非確定性系統(tǒng),又非完全的隨機(jī)系統(tǒng);(2)交通流系統(tǒng)存在著混沌吸引子;(3)交通流系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),至少需要4個(gè)以上的變量方可充分描述交通流的基本動(dòng)力學(xué)特性。文獻(xiàn)介紹了一種基于關(guān)聯(lián)維數(shù)的替代數(shù)據(jù)的混沌判據(jù)。此方法的要點(diǎn)是:先計(jì)算原始數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)Dorig和替代數(shù)據(jù)的分維數(shù)Dsurr,再計(jì)算判據(jù)特征值s=｜Dorig-Dsurr｜/Dsurr,若s>1.69,則系統(tǒng)存在混沌。文獻(xiàn)用該方法對(duì)采樣周期分別為15分鐘和5分鐘的天津市某道路交通流時(shí)間序列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)做了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果為s>7.61,表明該實(shí)測(cè)的交通流存在混沌。文獻(xiàn)的作者對(duì)SanAntonio高速公路某個(gè)11公里長(zhǎng)的路段在高峰期做了實(shí)測(cè),每半英里設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn),采樣周期為20秒,實(shí)測(cè)車速、車流量和占有率。對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和非線性時(shí)間序列分析,計(jì)算得到的Lyapunov指數(shù)?=0.5±0.2,表明該實(shí)測(cè)交通流存在混沌。4.3交通分配模型交通路網(wǎng)OD流的分配是交通規(guī)劃、管理和控制的重要步驟。交通配流(trafficassignedvolume)不會(huì)總是處在靜止的穩(wěn)定狀態(tài),而是經(jīng)常的變化。這種變化是否存在著一定規(guī)律?其中是否存在著混沌?文獻(xiàn)利用下列改進(jìn)的重力模型對(duì)路網(wǎng)交通流進(jìn)行了研究:其中,X是xij組成的矩陣,xij是從子區(qū)i到子區(qū)j的路徑;ψij(X)為與邊界約束條件有關(guān)的規(guī)范化因子;cij是出行成本,它是xij的增函數(shù),即cij(xij)=c0ij[1+α(xij/qij)r],cij是無(wú)阻塞出行成本,qij是i到j(luò)路徑的通行能力,α和γ為正常數(shù)。f(?)是路阻函數(shù),f(cij)=cuijexp(-βcij),μ和β為參數(shù)。該模型描述了交通流的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。若n時(shí)刻的OD流形式為X(n),則n+1時(shí)刻的OD流形式由式X(n+1)=F(X(n))迭代產(chǎn)生。文中所說的邊界約束,是指子區(qū)駛出總量和駛?cè)肟偭渴欠裼邢拗?這樣可分為三種情況討論:無(wú)約束、單邊約束和雙邊約束。該研究用Lyapunov指數(shù)法和分形維法判別配流變化的混沌,找到了3個(gè)子區(qū)交通流在一定初始條件下(u=,0.8β=.325,α=.1,0γ=.10)的混沌吸引子。研究表明:對(duì)3個(gè)子區(qū)以上的交通流系統(tǒng),交通流分配的變化存在著混沌,并且隨著β的增大,交通配流的變化有規(guī)律:由平衡態(tài)到倍周期分叉,再到混沌,最后到2倍周期運(yùn)動(dòng)。由此可以說明有序來(lái)自于混沌的道理。用混沌來(lái)研究路網(wǎng)交通分配的確是非常有重要意義的探索。它既加深了人們對(duì)交通混沌現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),也深化了人們對(duì)交通配流變化規(guī)律的認(rèn)識(shí),說明了有序來(lái)自于混沌和混沌來(lái)自于有序的道理。該文尚未提到如何把這種混沌現(xiàn)象與交通規(guī)劃、交通管理結(jié)合起來(lái)。4.4非線性作用機(jī)制文獻(xiàn)借用logistic模型對(duì)交通運(yùn)輸需求系統(tǒng)產(chǎn)生混沌的過程進(jìn)行了分析研究。所用模型是:式中:xn是(規(guī)范化的)運(yùn)量,滿足條件0<nx<1;u是非線性參數(shù),且滿足1≤u≤4。當(dāng)1<u<3時(shí),n足夠大,就有xn+1=xn=x2。這意味著交通運(yùn)輸運(yùn)量保持為常數(shù)。當(dāng)u>3時(shí),系統(tǒng)出現(xiàn)倍周期分支,產(chǎn)生周期運(yùn)動(dòng),運(yùn)量波動(dòng)較大。當(dāng)u=4時(shí),系統(tǒng)出現(xiàn)混沌,表現(xiàn)出對(duì)初始條件敏感依賴性,運(yùn)量不可預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,采用把復(fù)雜系統(tǒng)的問題簡(jiǎn)單性處理的方法和手段來(lái)預(yù)測(cè)運(yùn)量,不能正確反映存在著非線性作用機(jī)制的交通運(yùn)輸需求系統(tǒng)。但是,如何利用混沌理論來(lái)較精確的預(yù)測(cè)交通運(yùn)輸需求量,尚需做進(jìn)一步的研究。4.5基于混沌式管理模式的設(shè)計(jì)思想文獻(xiàn)采用lotka-volterra模型就運(yùn)輸市場(chǎng)需求層次和政策導(dǎo)向等因素對(duì)交通運(yùn)輸結(jié)合部的管理系統(tǒng)進(jìn)行分析,表明該系統(tǒng)存在著混沌,并提出了建立交通運(yùn)輸混沌式管理模式的設(shè)計(jì)思想。5交通混沌研究的依據(jù)上述文獻(xiàn)研究得出的一致結(jié)論是:交通流存在著混沌,交通系統(tǒng)存在著混沌。這就為研究交通混沌提供了立論根據(jù),這一點(diǎn)正是迄今為止交通混沌研究最重要的成果。從1989年第一篇文獻(xiàn)發(fā)表算起,交通混沌研究至今只有十多年的歷史,正處于起步階段,交通混沌研究有待深化和拓廣。5.1應(yīng)用研究的方向需要進(jìn)行實(shí)用化(1)交通混沌研究有待深化從理論研究來(lái)看,目前主要集中在交通混沌的存在性研究上,多半停留在混沌現(xiàn)象的判別上,而且多半是借助于已有的模型來(lái)探索混沌的存在性,研究的又都是單車道沒有超車的簡(jiǎn)單情況。由于模型只是客觀世界的抽象描述,并非客觀世界本身,因此在模型基礎(chǔ)上判別得到的混沌只是抽象意義上的混沌,并非問題的最終解,只有理論意義和參考價(jià)值,還沒有直接的實(shí)用價(jià)值。而實(shí)際的交通流情況卻復(fù)雜得多,因此,基于實(shí)際交通系統(tǒng)來(lái)研究混沌的理論性問題才是更為重要的方向。從應(yīng)用研究來(lái)看,至今尚沒有把混沌理論應(yīng)用于交通運(yùn)輸實(shí)際工作的成果,還沒有把交通的混沌研究與交通的實(shí)際管理和控制結(jié)合起來(lái)。目前的研究還只是應(yīng)用混沌理論來(lái)解釋交通系統(tǒng)中存在的過去解釋不了或者解釋不好的現(xiàn)象,還沒有應(yīng)用混沌理論來(lái)解決交通系統(tǒng)的問題,特別是那些原來(lái)解決不了或者解決不好的問題。因此,應(yīng)用研究需要向?qū)嵱没较虬l(fā)展,把混沌理論融合到交通規(guī)劃計(jì)算和控制策略中去,應(yīng)用到交通管理的決策中去,這樣交通混沌的研究才會(huì)獲得新的突破。(2)交通混沌研究的范圍有待拓展理論上講,復(fù)雜系統(tǒng)中總是存在著混沌,交通系統(tǒng)是復(fù)雜大系統(tǒng),因此交通中處處存在著混沌。目前的研究大都集中在交通流的混沌研究上,其它方面的交通混沌研究很少,交通中還有很多的混沌現(xiàn)象沒有被認(rèn)識(shí)和研究。對(duì)交通中混沌現(xiàn)象的研究不應(yīng)該局限在現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)范圍上,而應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地去拓展交通混沌研究的范圍,例如:路網(wǎng)形態(tài)的分形維數(shù)是描述路網(wǎng)形態(tài)空間分布的一種更有效方式,可以用區(qū)域路網(wǎng)分形維數(shù)來(lái)定量研究交通與區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系;用混沌理論研究交通與外部環(huán)境系統(tǒng)相互關(guān)系;研究城市交通出行結(jié)構(gòu)演化問題中的混沌,研究多模式交通運(yùn)輸方式演化過程的混沌問題,等等。5.2交通混沌的判別(1)認(rèn)識(shí)交通混沌是當(dāng)前的首要問題當(dāng)前交通混沌研究的首要問題是認(rèn)識(shí)“混沌”,認(rèn)識(shí)混沌的本質(zhì),在交通運(yùn)輸?shù)难芯坎块T普及混沌理論。只有認(rèn)識(shí)混沌和了解研究交通混沌的意義,才可能運(yùn)用混沌理論來(lái)研究遇到的實(shí)際問題,人們對(duì)任何一種新的理論方法都有一個(gè)認(rèn)識(shí)過程,本文的目的正是期望在加速和縮短這個(gè)過程中起點(diǎn)作用。(2)交通混沌研究的難點(diǎn)交通混沌是一個(gè)新的前沿交叉領(lǐng)域,研究的難點(diǎn)很多,對(duì)此只能談一點(diǎn)很粗淺的看法。如前所述,由于交通流中的混沌現(xiàn)象比較明顯,而對(duì)交通流行為的研究始終是交通領(lǐng)域的核心問題之一,所以目前研究交通流行為的混沌是交通混沌研究的主流。要利用混沌的規(guī)律來(lái)控制交通流,必須首先判別混沌。目前理論上的難點(diǎn)在于快速判別混沌方法的創(chuàng)新研究。因?yàn)榭刂坪驼T導(dǎo)交通對(duì)實(shí)時(shí)性有較高的要求,交通控制的最大周期是2.5-3分鐘,交通誘導(dǎo)的周期一般為5分鐘。受安全車頭時(shí)距(2秒左右)的限制,在一個(gè)單車道的檢測(cè)點(diǎn)上,5分鐘內(nèi)最多只能采集到150個(gè)樣本數(shù)據(jù),而一般的判別混沌的方法至少需要1000個(gè)樣本數(shù)據(jù)。因此,必須研究快速判別交通流混沌的方法,以解決實(shí)時(shí)性與樣本數(shù)據(jù)之間的矛盾。這是交通流混沌研究的一大難題。如果能找到一個(gè)好的混沌判據(jù),用較少的樣本就能判別交通流的混沌,那將是一個(gè)突破。在解決了快速判別交通流混沌的方法之后,交通流混沌控制策略的研究將是下一個(gè)理論上的難點(diǎn)。這需要根據(jù)混沌控制的原理,考慮交通流的特性,按照交通控制與誘導(dǎo)的實(shí)時(shí)性要求,創(chuàng)新地研究出實(shí)用有效的控制方法。從理論探討、仿真研究、實(shí)用控制方法的實(shí)現(xiàn)到方法有效性的驗(yàn)證,這需要做大量的工作,會(huì)有很多困難,如果獲得成功則將是從理論到實(shí)用的更為重要的突破。對(duì)于