《城市交通网络宏观控制模型建模及仿真实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市交通网络宏观控制模型建模及仿真实现（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上海交通大学 硕士学位论文 城市交通网络宏观控制模型建模及仿真实现 姓名 杨艳飞 申请学位级别 硕士 专业 控制理论与控制工程 指导教师 席裕庚 20090101 I 城市交通网络宏观控制模型建模及仿真实现城市交通网络宏观控制模型建模及仿真实现 摘摘 要要 交通控制系统的设计与应用是解决城市交通拥堵问题的重要技术之一 交通控制 策略研究涉及到多项技术领域 但其核心之一就是动态城市交通流预测模型的建立 和算法的实现 交通仿真分析技术具有直观 准确 灵活的特点 是反映复杂交通 现象的重要分析方法 且一体化仿真环境则向用户提供了一个类似于对实际系统进 行实验的框架 本文的研究目的就是建立面向控制应用
2、的城市交通网络宏观模型 该模型可适用于研究交通优化控制算法使路网交通流得到合理的分配与优化 从交 通优化控制仿真研究的实际需要出发 进一步开发了城市交通宏观控制模型仿真系 统UTFS Urban Traffic Flow Simulation 论文的主要内容如下 1 结合路口交通流模型和路网拓扑结构模型 建立了城市交通网络宏观控制模 型 对网络交通流的宏观特性进行实时动态预测 2 研究与分析现有的路口交通流模型 从路网中车辆的行驶速度 车辆的行驶 延迟时间 车道饱和流率的计算与修正等方面对该模型作了改进 更加准确地描述 了路网内交通流状态的演化过程 3 基于城市交通网络宏观控制模型 对交通网络
3、系统各要素及它们之间相互关 系建模仿真 在vc net环境下 开发了城市交通宏观控制模型仿真系统 4 选取典型网络进行应用研究 仿真结果表明 该模型满足交通控制对控制模 型的实时性和精度要求 用作交通控制系统中的控制模型是合理可行的 该仿真系 统可作为城市交通网络宏观控制模型验证的有效工具 也可作为城市交通控制系统 控制和优化研究的辅助工具 关键词 关键词 城市交通 宏观模型 交通控制 仿真系统 II URBAN MACROSCOPIC CONTROL ORIRNTED TRAFFIC MODEL AND ITS SIMULATION SYSTEM Abstract It is one of
4、the most effective ways to settle the question of traffic jam by optimization control of the urban traffic network UTN It is necessary to establish a proper urban traffic network model which should be both accurate and simple to compute This needs to make deep research of the model Computer simulati
5、on is one of the most economic and effective ways to do such research This paper firstly introduces and improves a control oriented macroscopic dynamic traffic flow model applicable to describe the main urban traffic network dynamic behavior then develop an urban macroscopic traffic simulation syste
6、m Summarily the main research work of this dissertation lies on the aspects as follow 1 A control oriented macroscopic dynamic traffic flow discrete model is discussed A general urban traffic network topology is proposed by decomposing it into certain network elements 2 Then the delay time of the ve
7、hicles the speed of the vehicles and the flow in the different density are revised in order to raise the accuracy of the macroscopic model 3 In order to test the validity of the model an urban macroscopic traffic simulation system UTFS is developed on vc net compiler On the basis of deeply understan
8、d of structure and function of subsystem module further analysis and research are performed how to design and develop UTFS 4 An application case of actual traffic net is given The simulation results show that the model is fit for on line accurately prediction in traffic control The system with frien
9、dly user interface can test the validity of the model by any network simulation III case The system is suitable for urban traffic control system analysis and optimal control Keywords urban traffic macroscopic traffic flow model traffic control simulation system 3 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重
10、声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 杨艳飞 日期 2009 年 1 月 15 日 4 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许 论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部
11、或 部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文 保密保密 在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 杨艳飞 指导教师签名 席裕庚 日期 2009 年 1 月 15 日 日期 2009 年 1 月 15 日 第一章 绪论 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 研究背景与意义 交通运输系统是人类生活 社会经济活动的重要组成部分 它直接影响社会经济 生产与生活的各个方面 随着经济的飞速发展和城市化进程的加快 城市交通量急 剧增加 使得交通拥挤与交通堵塞日趋严重 在多数情况下 交通
12、拥堵问题通过修 建更多 更宽的道路和其它交通设施从根本上解决 然而 有限的空间和经济 环 境等其他问题阻止了现存交通基础设施的进一步扩展 同时应注意到 虽然城市道 路路网发生的交通拥挤非常严重 但并不是所有的道路同时处于拥挤状况 有相当 一部分道路交通仍然畅通 2 且还有一定的通行能力 即一些道路是过载状态 一些 道路是欠饱和状态 所以 如果能使车辆均衡地分配在道路网络上 交通拥挤现象 将有望得到改善 因此 对交通拥堵问题的解决 不能仅仅依靠修建或扩建道路 而要从管理和技术上寻求突破 八十年代以来 以欧洲 美国 日本为代表的发达国家已经逐渐从主要依靠扩大 路网规模来解决日益增长的交通需求 转移
13、到用高新技术来改造现有道路交通系统 及其管理体系 从而达到大幅度提高交通运输网的通行能力和服务质量的目的 智能 交通系统 ITS Intelligent Transportation Systems 是目前国际公认的解决交通 问题的最佳途径 交通控制是智能交通系统的重要组成部分 是在关键基础理论模型研究的前提 下 利用计算机 电子 控制 通讯等先进技术 通过对路网上的交通信号灯的配时 方案进行优化控制 使路网上的车辆有序流动 减少交通阻塞的发生 缩短旅行时 间 城市交通控制是一种既有效 又经济的有缓解交通拥堵的方法 因此研究先进 的城市交通控制策略是一项非常重要且紧迫的任务 尽管交通控制策略研
14、究涉及到多项技术领域 但其核心之一就是动态城市交通流 第一章 绪论 2 预测模型的建立和算法的实现 交通流量预测是交通路网进行周期时长 绿信比 相位差优化的基础 它能为实 时自适应信号控制系统和动态交通分配系统提供流量预测信息 交通流量预测结果 的好坏直接关系到交通控制与诱导的效果 由于道路交通系统是一个有人参与的 时变的 复杂的非线性大系统 任何一个交叉口的控制信号的变化都会引起网络上 交通流的重新分配 从而对相关路段和相邻交叉口的车流产生影响 使进行流量预 测时所须考虑的因素增加 直接造成了交通流量预测的计算量的增大 当路网规模 增大或者需要预测的路段增多时 求解更加复杂 因此 研究与建立
15、适合城市交通 网络控制系统应用的交通流预测模型在理论和实践都有重要的意义和价值 1 2 城市交通流理论模型简介与对比 1 2 城市交通流理论模型简介与对比 1 2 1 城市交通流模型的定义与发展 1 2 1 城市交通流模型的定义与发展 3 交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系 交通流本身作为独立的研究对象 其最早的研究始于 1935 年 Greenshields 的一 个研究报告 而到了1955年 Lighthill和Whitham根据流体动力学 提出了第一个宏 观交通流模型 这也是迄今仍然运用最广的交通流模型 这个模型将交通堵塞视为冲 击波 而将交通流看成一维的可压缩流
16、 到了 1960 年 后来的诺贝尔奖获得者 Prigogine 等人在气体动力学中的 Boltzmann 方程的基础上 提出 气体动力学 模 型 第二年 Newell提出一个微观的最优车速模型 然后直到Nagel 建立一个CDatabase对象 CString sDSN ODBC DRIVER Microsoft Access Driver mdb DSN DBQ TrafficDB mdb 给定数据库名 if m database Open NULL FALSE FALSE sDSN FALSE 连接打开数据源TrafficDB mdb 对数据库执行操作 m database Close 关闭数据库 4 5 3 数据库具体操作的实现 数据库具体操作的实现 应用程序与数据源连接后 就可以对其中的数据进行操作 但往往要求使用表单 或对话框中的域来显示操作结果数据 在 MFC 中 使用 CRecordset 类对象采用记录 第四章 城市交通网络宏观控制模型仿真平台 UTFS 设计 66 域交换机制完成其数据域成员同数据源表的相应列之间的数据交换 1 生成 CRecordset 类对象 实现
