面向中小城市交通管理控制的多元混合交通仿真建模研究

Facing with the dual challenges of urbanization and motorization, traffic problems of small-medium cities have become increasingly obvious. The urban traffic structure and traffic characteristics between small-medium cities and big cities are different, so the traffic management and control for small-medium cities can play its role only integrating their traffic characteristics. The traffic system modeling and simulation study for the multi-component mixed traffic of small-medium cities can provide important experimental methods and tools for traffic system planning, management and control. This project aims at the small-medium cities multi-component mixed traffic characteristics, especially considering the reality that electric bicycle travel has occupied a significant ratio. By establishing the motor vehicles continuous flow models and the nonmotor vehicle cellular automata models, it reveals the mixed traffic behaviors and evolution rules of small-medium cities. Research the mixed traffic route choice mechanism and dynamic traffic assignment models. Based on the continuous and discrete composite road network model and the entity model of the vehicles with agent theory, we construct the mixed traffic simulation system oriented to the small-medium cities traffic management and control, and develop the simulation system prototype. This project can enrich the mixed traffic flow theory, promote crossover study and development of the system simulation, traffic flow model and traffic assignment technology. Moreover, this project can provide the theory basis of traffic policy formulation and traffic management of small-medium cities, so it has the important theory value, and realistic significance and widely prospect of application.

面临城市化和机动化的双重挑战，中小城市的交通问题已日渐突出。中小城市在城市结构、交通特性上与大城市存在较大差异，其交通管理控制只有结合自身交通特性才能发挥应有的作用，而中小城市混合交通系统建模与仿真研究能为交通系统规划、管理与控制提供重要的实验手段和工具。本项目针对中小城市多元混合交通特点，特别考虑电动自行车占较大出行比率的现实，通过建立机动车连续流模型和非机动车离散元胞自动机模型，揭示中小城市混合交通行为和演化规律，研究混合交通出行路径选择机理和动态交通分配模型，在建立连续与离散复合路网模型和基于Agent的仿真车辆实体模型基础上，构建面向中小城市交通管理控制的混合交通仿真系统，开发仿真系统原型。本项目的研究能丰富混合交通流理论，促进系统仿真、交通流模型与交通分配相关技术的交叉研究与发展，同时也能为中小城市交通管理与政策制定提供理论依据，具有重要的理论价值、现实意义和广泛的应用前景。

中小城市混合交通流主要由汽车车流如小客车、公交车等，以及非汽车车流如自行车、电动自行车、摩托车以及三轮车等组成，混合交通特征更加明显，不同车种之间相互干扰，车辆运行更加复杂，含有两轮车辆的多元混合交通是中国城市特别是中小城市交通的普遍现象，研究多元混合交通流仿真模型具有重要意义。针对这些情况，本项目开展了如下研究：（1）根据两轮车流的微观交通特征，在NS模型基础上建立了一种两轮车辆混合交通二维元胞自动机(CA)模型，通过计算机数值仿真，解释了两轮车流的一些交通特征和实际交通现象；（2）针对我国各大城市均有不同程度非机动车在非机动车道上逆向行驶的现象，分析了逆行车辆混入后的非机动车行驶特性，建立了一种混入逆行车辆的非机动车元胞自动机模型；（3）基于STNS(Symmetric two-lane NaSch)模型，考虑前车速度效应，建立了多车道混合非机动车元胞自动机模型；（4）针对混合交通流的车辆视频检测问题，给出一种基于混合高斯模型与背景累加模型的组合前景提取方法，实验测试结果表明该方法对混合交通流中两轮车辆的识别检测具有较高的准确率；针对城市交通公交车辆视频检测问题，给出了一种基于Adaboost算法和车窗颜色特征的公交车辆视频检测算法；（5）针对公交优先交通信号控制问题，研究了公交优先的信号控制策略，提出了一种变论域模糊神经网络公交优先智能控制方法，提出了基于相位优先度值的公交优先相位选择方法, 并给出了其数学描述，建立了绿灯时间的3层模糊控制模型，仿真结果表明该方法具有较好的公交优先控制效果；（6）给出了基于模糊C均值聚类的城市道路交通状态判别方法；建立了基于模糊逻辑自适应卡尔曼滤波的快速路行程时间预测方法；（7）采用多智能体技术建立了城市混合交通流微观仿真模型和系统，开发了混合交通仿真软件并进行了实际测试。