动态网络交通流分析与实时路况预测系统 yonghuzhinan

DynaCHINA动态网络交通流分析与实时路况预测系统(版本：0.9)用户指南山东省科学院智能交通实验室2008-10-15版本0.9撰写林勇博士山东省科学院自动化研究所济南市科院路19号，250014中山大学智能交通研究中心广州大学城中山大学工学院，510275前言DynaCHINA是完全由我国自主研究和开发的动态网络交通流分析与实时路况预测软件系统，集成了先进的动态交通需求分析技术、动态交通分配技术、多种离散选择模型，以及离线与在线系统参数标定方法等。可为智能交通系统的相关研究与具体实施提供强大的仿真测试、分析与评价手段，其具有的网络交通流实时估计与预测能力将为交通控制和交通诱导等系统提供重要的技术支撑，使这些系统更加有效的发挥缓解交通拥堵、提高出行效率和出行质量的作用。主要内容包括：DynaCHINA的基本技术原理、所需的软硬件配置、路网模型、图形用户界面的主要功能、创建路网的详细步骤、如何准备系统运行所需的基础数据、各输入输出数据文件的格式，以及系统实际应用的范围和简明的实施方案等。本文档并不是严格意义上的用户使用手册，因为作者将系统研究过程中的一些体会也溶于文字之中；并假定用户具有较高的计算机操作水平，从而忽略对一些容易理解的界面功能的介绍。软件的后续升级与维护将是一个长期的过程，敬请读者和用户提出宝贵的建议，作者将不胜感谢！I目录前言...............................................................................................................................................I一、简介......................................................................................................................................1二、所需软硬件配置..................................................................................................................6三、路网元素...............................................................................................................................7四、图形用户界面....................................................................................................................121.主菜单.............................................................................................................................13(1)文件.......................................................................................................13(2)编辑.......................................................................................................14(3)查看.......................................................................................................14(4)网络.......................................................................................................15(5)运行.......................................................................................................18(6)工具.......................................................................................................21(7)帮助.......................................................................................................222.工具条.............................................................................................................................22五、交通网络创建流程...........................................................................................................24六、数据准备.............................................................................................................................32七、输入输出数据文件...........................................................................................................341．输入文件.......................................................................................................................342．输出文件.......................................................................................................................36八、实际应用范围与方案......................................................................................................381.与微观交通仿真软件类似应用................................................................................382.城市主干道交通信号控制参数优化.......................................................................393.高速公路动态交通管理与出行信息服务..............................................................394.城市路网实时交通估计与预测................................................................................395.为交通规划、管理和控制积累历史数据..............................................................39一、简介DynaCHINA(DynamicConsistentHybridInformationbasedonNetworkAssignment）是一套用于动态网络交通流分析和实时路况预测的软件系统。其英文名的“望文生义”解释为“动态中国”，表明该系统完全由中国人制造；名字组成中的各英文单词则具有相当专业的学术含义，下文逐一解说。期望仅通过对名字的详尽阐释，您就能对系统的技术原理有比较深入的了解并发掘可能的应用价值。1.动态(Dynamic)：系统的输入、输出、处理过程均是动态的。最重要的输入包括动态OD矩阵，散布在路网中（未来可能还包括在天空里）的若干固定、移动检测器提供的随时间变化的流量、速度、行程时间等各类数据，交通信号控制器的配时参数，随时间、天气、光照等条件变化的典型路段的饱和流量，以及出行者知悉交通信息后如何选择出行时间、出行方式、出行路径的离散选择行为模型的参数等等。众所周知，准确的静态OD矩阵已属难得，更不必说动态OD矩阵了。没有准确的动态OD，相当多的实际交通仿真项目有“自欺欺人”之嫌（不同意的看官可以扔作者砖头）。要基于动态OD矩阵做路况预测，显然是十分经典的“垃圾进去、垃圾出来”。但请您赏一点时间继续读下去。经过笔者的大量仿真测试，发现有若干种动态OD流模式加载到同一个路网上均可产生完全相同的路况（速度、密度、流量），而交通预测关心的是道路交通状况却非动态OD流本身，起点(O)与终点(D)的定义甚至可以是为了处理问题的方便而纯粹人为的假定。对于具有明显早晚高峰特征的网络动态OD需求，一些OD估计和预测算法有可能获得相当接近真实值的结果，比如递推最小二乘法(RLS)，在无任何历史OD数据并且交通不十分拥堵的情况下，只要路段检测器位置分布满足一定条件（实际中较易满足），其估计结果不受先验数据的影响，如可以将所有先验OD流量设为0，估计的动态OD矩阵具有唯一性且仿真输出可较好的拟合实际检测数据。但这种方法的缺陷在于只能利用检测的流量，而无法应用速度等其他众多形式的检测信息来推算动态OD。有一种叫作”SPSA”的随机优化算法能够克服这个缺陷，但由于离线计算量较大，其满意答案仍有些“千呼万唤死出来”的味道，尽管在同类优化算法中已经是鹤立鸡群了。对此，下文另有解说。系统输出当然是各检测器位置和任意指定位置的速度、密度、流量，各路段考虑下游不同转弯方向时的行程时间，各条路径的行程时间等等。基本上，可以获得用户感兴趣的任何1输出。基于动态OD流量（矩阵）和交通分配技术来估计和预测路况的优点之一显然是可以很自然的获得没有安装任何检测器的道路上的交通状况，这一点是数据驱动（统计、神经网络等智能信息处理技术）的模型与算法不能并驾的；优点之二则是动态OD需求相比实际的路况，受干扰而严重波动的程度要小得多；通常一起交通事故很少会改变OD需求，却可能对一些相关道路的交通状况有致命的影响，利用历史和实时检测的路况数据来预测路况的方法至今也未考虑预测信息本身就可以改变实际的路况，不能不说是一个遗憾。当然了，方法还是百家争鸣的好，智者见智。处理过程当然也是动态的，更是相当复杂的。将动态OD需求加载到专门设计的中观交通仿真器上，借助道路交通流模型模拟车流在路网中的传播过程，可以得到任意想要的输出数据。动态OD矩阵的估计误差、车流传播过程中的误差、建模者对出行者信息响应行为理解的偏差，统统通过实际检测器获得的现场数据与相应仿真输出数据之间的偏差来做修正。学过自动控制原理的人自然会想到PID调节器，但这种方法对复杂的交通系统却不大管用，经典的连续平均算法(MSA)或者稍作改进的MSADR算法（尚不知中文的翻译是什么）