城市路網(wǎng)交通預(yù)測模型研究

【摘要】社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展造成的城市問題之一就是城市私家車數(shù)量急劇增加，基于傳統(tǒng)的城市交通管理模式不能很好應(yīng)對日益復(fù)雜的交通環(huán)境狀況。城市交通擁堵、城市環(huán)境污染以及交通事故頻發(fā)，這些都在考驗(yàn)著城市交通管理的底線。針對這種情況城市路網(wǎng)交通預(yù)測模式研究以及應(yīng)用就具有十分重要的意義，本文針對此進(jìn)行簡要論述。

【關(guān)鍵詞】城市路網(wǎng) 交通模型 研究

【基金項(xiàng)目】2013年海南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題，編號：HNSK（2）13-17。

【中圖分類號】U491【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0235-02

城市交通準(zhǔn)確預(yù)測能夠有效的改善交通路網(wǎng)狀況，為進(jìn)一步促進(jìn)城市交通道路的規(guī)劃與現(xiàn)實(shí)交通控制管理具有重要意義。近些年，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者在不斷的研究關(guān)于城市路網(wǎng)交通預(yù)測模型問題，并對其預(yù)測模型的特性進(jìn)行了充分的分析，針對這種特性建立了符合城市交通路網(wǎng)規(guī)劃與管理的策略。城市道路交通主要分為兩個(gè)方面：一是城市快速路網(wǎng)，一是城市主干道。道路網(wǎng)的主要特征是交通狀態(tài)數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)的、是隨機(jī)變化的，本文主要從綜合模型方面探討。

一、城市路網(wǎng)交通預(yù)測模型建立研究現(xiàn)狀分析

城市交通信息預(yù)測作為一種基于城市路網(wǎng)信息形成的對未來城市交通狀況的測定，其主要是通過對歷史的、現(xiàn)有的城市交通信息資源進(jìn)行分析與計(jì)算，并對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)性預(yù)測。交通信息預(yù)測作為預(yù)測學(xué)科的分支同樣也其重要組成部分。總的來說，交通預(yù)測需要依據(jù)相關(guān)干道的動(dòng)態(tài)信息作為依據(jù)，完成對交通流量以及平均速度等參數(shù)的計(jì)算來達(dá)到基本目的。

ATIS（自動(dòng)終端情報(bào)服務(wù)Automatic Terminal Information System的簡稱ATIS或情報(bào)通播）以及ATMS（Advanced Traffic Management System先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)）兩種系統(tǒng)可以直接應(yīng)用于城市交通的結(jié)果預(yù)測，這兩種系統(tǒng)能夠被應(yīng)用于為交通管理者提供決策依據(jù)，也可以產(chǎn)生相應(yīng)的出行信息提示。幫助優(yōu)劃城市交通路徑以實(shí)現(xiàn)節(jié)約時(shí)間，緩解交通壓力的目的。總之，城市交通狀態(tài)屬于一個(gè)變化的動(dòng)態(tài)過程，并且這個(gè)過程是一種實(shí)時(shí)的、非線性的、多維且非平穩(wěn)的過程。并且，由于統(tǒng)計(jì)時(shí)間在實(shí)際操作過程中被縮短，交通狀態(tài)往往呈現(xiàn)出更多的隨機(jī)性以及不確定性。城市交通狀況在短時(shí)間內(nèi)的變化表現(xiàn)出來的特性又是多時(shí)段狀態(tài)關(guān)系。而且交通信息狀況還要受到上下游路段的交通狀況以及氣候等諸多因素的影響。鑒于以上原因，城市交通預(yù)測建模具有以下五個(gè)方面的要求：

（一）路網(wǎng)交通預(yù)測建模應(yīng)當(dāng)具有準(zhǔn)確性

交通模型的預(yù)測結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有準(zhǔn)確性，也就是需要滿足一定的精準(zhǔn)性，才能更好的被利用，缺乏準(zhǔn)確性的模型信息必然會(huì)造成誤導(dǎo)，這樣的預(yù)測毫無意義可言。

（二）路網(wǎng)交通預(yù)測建模的抗變換性

模型應(yīng)當(dāng)能適用于全天候不同時(shí)段的預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上給予準(zhǔn)確率較高且大體偏差小于規(guī)定范圍的預(yù)測結(jié)果。

（三）路網(wǎng)交通預(yù)測建模的實(shí)時(shí)性

城市路網(wǎng)交通預(yù)測建模與應(yīng)用應(yīng)當(dāng)建立在道路動(dòng)態(tài)信息變化的基礎(chǔ)上完成，只有這樣城市交通道路的預(yù)測信息才具有實(shí)際意義和參考價(jià)值，缺乏實(shí)時(shí)性的信息無法成為有用的信息資源，其價(jià)值更加隨著時(shí)間的更迭而無從談起。城市道路交通預(yù)測時(shí)間的重要性不言而喻。

（四）路網(wǎng)交通預(yù)測建模的動(dòng)態(tài)反饋

預(yù)測模型是一種基于交通狀態(tài)的信息變換掌控，道路狀況出現(xiàn)異常時(shí)，預(yù)測模型也應(yīng)當(dāng)能夠進(jìn)行調(diào)整并及時(shí)更新，并把相應(yīng)信息及時(shí)反饋給信息接收都，使其對出行計(jì)劃及策略做出及時(shí)的調(diào)整，達(dá)到實(shí)時(shí)性。

（五）可移植

預(yù)測模型在時(shí)間上與空間上都能夠移植，只需要對模型內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。預(yù)測模型要適應(yīng)交通狀態(tài)的具體變化，道路狀態(tài)出現(xiàn)異常情況時(shí)，要能夠動(dòng)態(tài)反饋到模型，并對模型的參數(shù)等可調(diào)節(jié)因素及時(shí)更新、調(diào)整。預(yù)測模型需要具備時(shí)間上和空間上的雙重可移植性，這需要通過調(diào)整模型的內(nèi)部參數(shù)獲得。

二、城市路網(wǎng)交通預(yù)測組合模型

城市路網(wǎng)交通預(yù)測的組合模型建立，從功能上看應(yīng)當(dāng)具有對相關(guān)多種信息進(jìn)行預(yù)測，這種組合式的預(yù)測模型相對于單體預(yù)測模型優(yōu)勢明顯。其能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的預(yù)測，降低單體預(yù)測過程中對隨機(jī)環(huán)境因素造成的影響，并在此基礎(chǔ)上提升預(yù)測的精確度。組合模型預(yù)測形成的根本是組合預(yù)測的特質(zhì)的綜合利用，也是基于數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。這種預(yù)測方法的先進(jìn)性已經(jīng)得到了世界各國城市路網(wǎng)交通預(yù)測方面專家的認(rèn)可，相關(guān)專業(yè)的學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究。其中，變結(jié)構(gòu)組合模型預(yù)測方式得到了廣泛應(yīng)用。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面初發(fā)，變結(jié)構(gòu)的組合預(yù)測具備三種方面的特點(diǎn)。首先，組合預(yù)測模型中組成要素種類結(jié)構(gòu)變化，即參與組合的預(yù)測模型種類隨時(shí)間的變化。其次，是組合模型中組成要素?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)的變化，即參與組合的預(yù)側(cè)模型數(shù)量隨時(shí)間而變化。最后，是組合模型中各要素之間的比例結(jié)構(gòu)的變化，即各參與組合模型的權(quán)重隨時(shí)間而變化。

其中，wi代表模型 i 的權(quán)重，wi（t）相當(dāng)于前面通式中的 gi（t）。

這樣的線控配時(shí)方案在實(shí)施之初，應(yīng)當(dāng)實(shí)地驗(yàn)證方案的效果；在實(shí)施之后，還應(yīng)當(dāng)定期實(shí)地驗(yàn)證，即檢測車輛平均延誤、排隊(duì)長度等項(xiàng)交通指標(biāo)。若發(fā)現(xiàn)效果不夠理想，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場重新調(diào)查的各項(xiàng)交通數(shù)據(jù)（即平均車速、干道與支路上的交通流量與流向等）重新計(jì)算配時(shí)方案，及時(shí)調(diào)整配時(shí)設(shè)計(jì)。

三、模型評價(jià)

該模型表達(dá)了流量速度密度在路網(wǎng)空間中隨時(shí)間變化的數(shù)量化關(guān)系，只要路段流量和速度連續(xù)可觀，就可求出路段新增加的流量、鄰接路段間流量轉(zhuǎn)移系數(shù)以及路網(wǎng)總流量，只要樣本足夠，總可找出增加的流量、流量轉(zhuǎn)移系數(shù)、路網(wǎng)總流量的變化規(guī)律或概率分布，從而通過該模型算出某一時(shí)刻路段的流量，即預(yù)測出變化規(guī)律，再用該預(yù)測流量與該路段最大通行量對比就可判斷擁塞。模型中由于邊界條件并無特殊規(guī)定，故一般來說，路網(wǎng)邊界可以定出相應(yīng)邊界方程即可，這就意味著我們可以將一個(gè)復(fù)雜的路網(wǎng)細(xì)分為若干個(gè)較小的子網(wǎng)，子網(wǎng)之間的連接占滿足邊界方程，從而極大地方便了我們對復(fù)雜路網(wǎng)的模擬和分析。所得到的路網(wǎng)總流量也很有意義，它投映了路網(wǎng)的總體負(fù)載和效率，并以一定的分布存在于各路段，由于它是時(shí)間的變量，反映了路網(wǎng)各時(shí)間點(diǎn)的總流量，對評價(jià)和規(guī)劃路網(wǎng)極有意義。如果我們將路網(wǎng)劃分為若干子網(wǎng)，求出各子網(wǎng)的總流量，顯然有利于我們對關(guān)鍵子網(wǎng)的分析和評價(jià)。如果我們進(jìn)一步將各子網(wǎng)看作一個(gè)流量點(diǎn)來分析路內(nèi)各組團(tuán)的時(shí)間流量關(guān)系，則不但對路網(wǎng)區(qū)域評價(jià)，就是對城市規(guī)劃也極有意義。總之，該構(gòu)型是一組較完整的路網(wǎng)流量動(dòng)態(tài)模型，使用方便、靈活，可用于路網(wǎng)模擬、流量預(yù)測、路網(wǎng)評價(jià)與規(guī)劃等。

綜上所述，本文主要針對路網(wǎng)交通當(dāng)中的隨機(jī)交通狀況進(jìn)行分析，并以此作為交通預(yù)測的基本信息源。綜合分析高速公路網(wǎng)以及城市主干道網(wǎng)路兩種交通狀況的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于時(shí)間以及空間的預(yù)測模型建立十分有效。本文通過對預(yù)測方法的改良，具體考察綜合模型交通狀態(tài)預(yù)測效果與應(yīng)用。

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