【博士】基于系统科学理论的城市道路交通拥挤预测与控制模型研究【2005】

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内容简介

　　学科专业：系统工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2005年　　近年来，随着人民生活水平的提高，城市的道路交通出现了持续的高速发展；在道路交通设施发展的同时交通需求以更高的速度在增长，“乘车难、行车难、停车难”的社会问题已经在一些大城市或特大城市显现出来。尽管有些城市花费巨资扩建或新建道路，研制道路交通智能管理系统或交通诱导系统，从硬件和软件上加强城市道路交通建设，改善道路交通运行状况；但在一些关键路段，一旦出现交通事故等类似涨落，就又使部分道路交通处于交通拥挤状态。“乘车难、行车难、停车难”的社会问题如何解决?如何时刻保持城市道路交通畅通?采取哪些措施和管理手段能有效地解决或缓解已经产生的道路交通拥挤呢?　　本学位论文紧密结合我国城市道路交通管理和应用的实际情况，针对道路交通拥挤和涨落等问题进行了深入的研究，基于系统科学理论——从定性到定量综合集成技术、耗散结构理论、协同学理论、突变理论、核度理论、旋进原则和超循环理论等，研究分析城市道路交通系统结构的特性，研究利用这些特性进行道路交通拥挤预测和拥挤控制的模型，进而提出道路交通拥挤控制或缓解的措施和方法。全文主要内容如下：　　1)回顾人们对系统的认识过程，阐述系统科学的基本概念、系统科学的体系结构和系统的目的性原则，分析系统的动态演变过程，总结现代系统科学的发展阶段和系统科学方法的类型。论述系统科学理论对系统的研究方法适应城市道路交通系统的研究。　　2)根据系统科学的研究方法，研究分析城市道路交通系统的特性，对道路交通系统进行了内向和外向两方面的描述，论述城市道路交通系统是开放系统、耗散结构系统和动力学系统。总结前人的工作：从交通拥挤的概念入手，分析、归纳出交通拥挤的基本属性和空间分布特征，试图寻求交通拥挤产生发展的内在规律和拥挤的空间分布特点及其发展趋势，并对前人提出的缓解道路交通拥挤对策进行剖析。　　3)定义路段交通序参数以确定路段交通的有序或无序，以及有序拥挤和无序拥挤，寻求通过建立和求解涨落后无序的有序恢复过程数学规划模型，得出恢复有序的最佳方案。　　4)给出道路交通系统涨落的数学描述和交通流自组织过程的数学模型，讨论在交通流预测完成的基础上如何进行道路交通拥挤预测，并具体提出涨落后的城市道路交通拥挤蒙特卡洛预测方法。　　5)在交通拥挤的机理分析与动态交通分配模型的结合的基础上，讨论动态交通分配拥挤机理分析。建立动态状态交通分配模型以及动态状态交通分配的算法，给出动态状态交通分配模型的应用实例；讨论动态交通分配模型在缓解拥挤对策中的应用。　　6)研究和定义城市道路交通耗散结构系统的特征(涨落、触发)，将城市道路交通按交通流近似均匀分布来分区，讨论各个交通分区的特性(聚集和扩散)，然后定义内核原则决定的交通拥挤，讨论如何采用求聚集结束时间法，寻求解决缓解分区道路交通拥挤问题的对策。　　7)从系统协同学理论出发，研究城市道路交通系统在出现涨落后的自组织和协同。基于支配原理，确定非稳定路段，利用自组织协同控制和诱导交通流，实现道路交通盼拥挤控制。　　8)利用突变理论研究道路交通系统的突变现象具有的基本特征和运行规律，探讨道路交通拥挤控制方法；以解决或缓解道路交通阻塞和交通拥挤问题，使城市道路交通高效正常运行。　　9)提出了道路交通系统自组织BP神经网络模型、自组织H0pfield神经网络模型、小波模糊多层自组织神经网络模型和结构自组织神经网络模型，讨论将这4个神经网络模型组合起来，共同完成自组织神经网络道路交通的拥挤控制。　　10)基于系统静止的核和核度理论，提出系统动态核和核度的概念，并给出相应的计算方法，然后探讨利用道路交通系统的动态核和核度，给出解决或缓解道路交通拥挤问题的方法，并提出相应的措施。　　11)阐述道路交通的演变发展与当地经济的发展之间的关系，然后基于突变理论、旋进原则和超循环原则论述道路交通的可能演变过程，最后基于事前论述的这些可能的演变过程提出相应的道路交通拥挤调控方法。　　

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