車路協同下的城市道路交通誘導與控制研究畢業論-免費閱讀

　　

【正文】 適應度函數一般和目標函數有很大的聯系，有些適應度函數是直接由目標函數轉換而得到的，因此，適應度函數反映的就是有待解決的問題。 和 錯誤 !未找到引用源。 本文的協同模型在編碼方法上選擇的是二進制編碼，這主要是根據協同模型的實際要求與計算需要考慮的。 其中，參數的二進制碼共有 k 位，總的參數為 n，則編碼后共有 nk位個體的基因： 錯誤 !未找到引用源。該編碼方式具有的特點主要有： (1)可以滿足最小字符集的編碼要求 (2)物理概念比較清晰，便于進行交叉、變異操作，編碼和解碼過程都比較簡單。 (2)適應度函數：適應度函數是遺傳算法的最主要的尋優依據，該函數是由待求解問題決定的，并且該函數對遺傳算法的性能起著決定性的作用。 (6)進化：是指個體通過競爭，優勝劣淘的過程，算法執行一次個體就 完成一次進化。遺傳算法是一種處理優化問題的搜索算法，該算法由美國密歇根大學的 教授提出，主要用于求解科學、人工智能等領域的問題。 本章小結 本章主要是基于車路協同系統，以路網總延誤時間為目標函數建立了城市誘導與控制協同模型，并根據模型的最優參數的求解需要，設立了相應的 模型約束條件。 （ 39） 其中， 錯誤 !未找到引用源。 路網飽和度是描述路網的交通流量負荷程度的指標，數學表達是由道路的交通流量除以道路的通行能力，其比值即為道路的飽和度，也稱 VC比。 —— 道路通行能力； 錯誤 !未找到引用源。 —— 均勻延誤； 錯誤 !未找到引用源。 —— 車道上排隊車輛數。 —— 排隊長度。對于多車道而言，排隊長度是所有車輛長度和車輛間距之和與車道數的比值，其關系式為： 錯誤 !未找到引用源。 和延誤時間錯誤 !未找到引用源。根據車路協同系統數據對路網車流進行誘導，阻止車輛進入擁堵區域，并在此基礎上進 行交通控制改變車流在時間上的分布，降低車輛的延誤時間，進而減少車流的總行程時間。 (3)車載終端的簡化和集成化：車載終端作為信息的獲取與發布設備，隨著技術的提升，設備更加精簡集成化，避免了不必要空間浪費和多個設備的繁瑣，促進了終端設備的普及。國內對車路協同研究，目前尚處于理論階段，前文已經介紹了國外的一些車路協同系統實例應用，如美國 Intellidrives 系統、日本 Smartway 計劃和歐盟的 eSafety 等，這些車路協同系統的實際應長春師范大學本科畢業論文 16 用主要體現在交通安全、緩解交通擁堵問題、提高路網運行效率和改善交通環境等方面。 從以上幾個方面來看，交通控制系統和交通誘導系統之間存在著多種聯系和相互作用，兩系統的協同運作是必不可少的，也是智能交通的系統的內在要求。 —— 飽和流量，單位為 pcu/h。 各個車道的飽和度是各個進口車道的車流量和進口道通過交叉口的最大流量的比值，即交通量與通行能力之比，計算公式為 : 錯誤 !未找到引用源。 一一單個進口車道的通行能力，單位為pcu/h。 在 一次綠燈信號時間內，入口車道上一隊不間斷車流能通過入口車道停車線的最大車流量，單位是 pcu/綠燈小時。 —— 駕駛員反應時間，單位為 s。 C— 周期長度，單位為 S。如果周期時長取得太短，則難以使各個方向的車輛順利通過交叉口，導致車輛的頻繁啟停、交叉口運行效率下降 。 (2)感應交通控制 感應交通控制是通過獲取交叉口的即時車流信息來實現對信號控制方案的實時變換，并以此來來實現對車流的控制。區域交通控制把一個交通區域內以路網總延誤 時間和平均排隊長度最小為控制目標，把多個交叉口的信號控制聯系起來進行協作，有助于實現對車流的統一調度和優化管理。在城市道路網中，交叉口相距很近，兩個相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一隊車流完全疏散。最初的交通控制主要以單個的交通信號燈控制交通路口的車輛，避免不同方向的車輛發生沖突。最后根據最短行駛時間為標準，為使用者提供最優的出行路徑。 因此，為了完 善交通誘導系統，不同區域間的標準需要實現統一，進而才可以合理的規范設備和信息平臺的建設，實現各子系統間的統一管理機制。靜態交通誘導主要以城市停車誘導為主，通過信息的采集、整合將車流量較大的城市 區域內的停車設施和實時數據提供給出行者，優化城市車輛的停放，改變城市車輛亂停亂放的現象，進而對城市靜態交通進行疏導，從根本上解決城市交通系統的擁堵現象。 長春師范大學本科畢業論文 8 交通誘導系統用到的檢測技術主要有車輛檢測技術、利用車輛定位技術檢測的技術和自動車輛識別技術等。靜態誘導信息包括路網或路段的地理信息、路網或路段的運行狀態、停車場狀態、道路出入口狀態、交叉口組織和控制策略等。有線傳輸可以用光纖網絡技術等將數據信息從信息采集終端傳輸至信息發布終端。無論哪種誘導系統，交通誘導的組成都包括以下結構： 交通信息采集單元：實現對交通數據的采集，根據采集的數據生成誘導信息并提供給其他誘導組成部分的使用。交通誘導與交通控制之間存在著必然的聯系，欲解決城市交通擁堵問題需要兩者的協同。 通過國內外的研究現狀可以看出，我國對交通誘導與控制的研究和發達國家有一定的差距，然而伴隨著研究的深入，國內的相關研究收獲很大，但也存在許多不足之處。 2021 年馬壽峰，李艷君，賀國光根據誘導與控制的相關原理，全方位分析后提出了長春師范大學本科畢業論文 4 誘導與控制之間的協調必要性。該系統于 2021 年開始在日本三大都會進行試驗運行。 1980 年 Gartner 等人提出了創建一個路徑選擇和交通控制協調問題的模型，是最早利用迭代思想求解交通控制優化模型之一。車路協同系統也是當今世界各國交通發展的重點，在車路協同環境下，結合傳統的交通控制與誘導理論，各取所長，充分發揮整體的優勢，從空間和時間上通過誘導和控制使城市交通流分配的更加均衡， 使路網各道路間根據主次關系，在交通中承擔不同的角色，進而使道路資源的利用更加符合城市交通需求，從根本上提升城市交通系統的運行效率。 交通系統是一個傳統的復雜系統，由于其多變性和時空性，一勞永逸的解決方法并不存在，只有跟進時代發展的需要，跟進經濟發展的需要城市交通系統才能均衡有序的運行。 關鍵字： 車路協同系統 交通控制交通誘導 遺傳算法 Vissim 微觀仿真 長春師范大學本科畢業論文 II Abstract Today39。為解決該問題，交通控制和交通誘導是當前最有效的手段之一。文中采用并設計了目標加權遺傳算法，通過在路網中進行路徑的設 置來模擬實際的交通環境中的 OD 交通量，然后在 Matlab 中利用遺傳算法對協同模型進行仿真求解。 伴隨經濟的增長，生活水平的提升，居民機動車擁有量的持續升高造成了當今城 市道路建設無法滿足交通需求是交通問題日益嚴重的直接原因之一。以智能交通的車路協同環境為基礎，將交通誘導和交通控制進行協同研究符合當前城市交通的需要，也是未來交通發展的必然趨勢。因此，只有將三者技術相結合才能更好的解決城市交通擁堵問題。 Intellidrives 項目利用無線通信技術全方位感知車路環境信息，不僅安全高效而且環保。對于車路協同系統的研究，我國現在還處于理論研究階段，有許多技術和經驗還需要向西方國家學習和探索，并創建符合我國城市交通需求的智能交通系統。 2021 年戴紅 ，楊兆升等人建立了誘導與控制的協同優化交通流分配模型，并首次提出了基于遺傳算法的求解。其次，在分析過相關理論以后，探討了產生城市交通擁堵問題的原因，其關鍵是由于于城市交通流的分配不夠均衡造成的，文中根據交通流的特性創建了以路網總延誤時間為目標函數的協同模型，緊接著設計了遺傳算法對模型進行求解，最后利用模型的求解結果，進行小型路網的 Vissim 仿真實驗驗證模型 ，對模型給予相應的評估。通過城市誘導系統的誘導可以有效地提升對城市道路資源的利用，減少城市交通擁堵的發生，降低交通事故率。該終端主要用于信息的篩選、處理和發布。戶外多媒體信息發布設施是指道路上的可變誘導顯示屏，以及傳統的道路指示標志等。當前的誘導系統多是從兩方面考慮的，從個體角度，作為誘導系統使用者以自身利益為主尋找最優的行車路徑，是以人為本的思想。與誘導信息的發布相比，我國的誘導信息采集發展較快，已經獲得了很好的應用。 目前我國城市交通誘導系統的發展還處于起步階段，各項技術需要提升得地方還有很多，并且隨著各地區政府部門對交通誘導系統的實踐，一些問題逐漸暴露出來，主要表現在以下三方面 : 長春師范大學本科畢業論文 9 （ 1）系統間缺乏相互聯通 城市交通誘導系統由多方面組成，主要包括停車誘導系統和道路行車誘導系統兩個方面。實際應用中，出行者最關心的還是以出行時間的長短為主。 交通控制運用現代化的通訊設施、信號裝置、傳感器、監控設備和計算機對運行中的車輛進行準確地組織、調控，使其能夠安全暢通地運行。信號周期是信號燈的紅、黃、綠燈各顯 示一次的時間。這樣能提高車輛行車速度和道路通行能力，確保道路暢通，減少車輛在行駛過程中的延誤時間。 從控制方式的角度來看，交通控制可以劃分為定時交通控制、感應交通控制、自適應交通控制。 A— 黃燈時長，單位為 s。 其公式如下 : 錯誤 !未找到引用源。 (23) 其中 :錯誤 !未找到引用源。 。 道路交叉口的通行能 力為所有進口道通行能力的總和，單個進口道的通行能力是進口道上所有車道通行能力的總和，是該車道飽和流量乘以所在相位的為單個進口車道的通行能力。 長春師范大學本科畢業論文 14 錯誤 !未找到 引用源。 錯誤 !未找到引用源。交通誘導系統則改變了車流在交叉口的的到達數量和到達時間，是一種微觀效應。因此在車路協同環境下對城市道路的交通控制和交通誘導進行建模研究分析，是將車路協同理論用于實際的主要階段之一。 (2)通信平臺的開放性趨勢：通訊手段由單一技術向多種技術相互融合發展。在發生交通擁堵時，交通延誤是無法避免的，怎樣采取有效手段降低延誤時間是縮短路網總行駛時間的最根源的方法，因此，本文以路網總延誤時間為目標函數進行模型的建立。 ,延誤時間為 錯誤 !未找到引用源。利用車路協同模型求解行駛時間是采用車路協同系統先進的路 測信息采集系統和無線傳輸系統，對車輛的實時車速和排隊長度進行精確的求解，進而根據實時車速和行駛時間間的關系更加直接精確的求得車輛的行駛時間。 (32) 其中： 錯誤 !未找到引用源。 —— 平均車速； 錯誤 !未找到引用源。因此，對于交通流理論的研究其核心在于對交叉口延誤時間的求解，交叉口延誤時間也是路網總行程時間的重要組成部分。 —— 分析時段的長度（ h），一般為 15min； 錯誤 !未找到引用源。建立如下 36 的交通誘導與控制協同模型： 錯誤 !未找到引用源。 為飽和度方差的閥值。路網流量的均衡和道路的流入率和流出率有很大關系，其關系式為： 錯誤 !未找到引用源。 由于遺傳算法的靈活性，在最優解類問題求解方面，該算法已廣泛的應用于經濟管理和交通運輸等領域。 (3)染色體：編碼單元，用于表示個體。 長春師范大學本科畢業論文 22 遺傳算法在進行全局最優解計算的過程一般包括編碼、初始種群的產生、通過適應度值選取初始最佳個體、子代的進化、再選取等，在各步驟中最關鍵的過程是遺傳算子的選取。編碼的形式有多種，經常被采用的有二進制編碼、浮點數編碼和格雷編 碼。 ： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 （ 44） 該適應度函數存在一定的問題，在實際應用中無法滿足輪盤賭選擇非負行的要求，求得的平均適應度值對種群的平均性能體現不夠明顯，對此進行改進為： 若目標函數為最大： 錯誤 !未找到引用源。 在計算模型時，本文以路網的總延誤時間為目標函數，總延誤時間最小時，模型參數為最優解，因此，可以將目標函數直接轉換為適應度函數： 錯誤 !未找到引用源。在進行計算時，選擇的幅度不能過大，也不能過低，選擇時競爭過于激烈則導致淘汰率太高，選擇競爭過小則會。 （ 47） 若目標函數為最小，則： 錯誤 !未找到引用源。以下是對幾種常見的適應度函數的介紹： 直接以目標函數轉換的適應度函數，分為目標函數最大化問題和目標函數最小化問題兩種表現形式： 長春師范大學本科畢業論文 25 若目標函數為最大時： 錯誤 !未找到引用源。 ，則由編碼公式可得解碼公式為： 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。選擇合適的遺傳算子會影響到算法的整體特性，起著關鍵的作用。遺傳算法不需要多余的條件，僅靠個體的適應度大小就能對搜索和計算。根據遺傳算法的理論和相關文獻介紹，以下是對遺傳算法相關名詞的簡介： (1)個體：遺傳算法優化的主要對象，群體的組成基本單元。 長春師范大學本科畢業論文 21 第四章 利用遺傳算法對創建的模型進行求解 遺傳算法是一種模仿自然界生物進化原理，用于全局