道路交通擁擠預測模型研究

崔藝林 韓闊 王碩

摘 要 基于導航軟件的不足，我們對導航軟件原有的預測時間的功能加以改進，有時在堵車的情況下，汽車的行駛速度是緩慢的，通過導航軟件所測得的速度不準確，以致估計通過交通堵塞的時間很不準確，我們可以構建一個物理量，速度間距比，即速度與兩車車頭之間的距離。運用層次分析法對道路進行綜合評價，計算得分利用聚類模型將道路通行狀況分為5個等級，即非常擁堵、擁堵、一般、通暢、非常通暢，對道路通行狀況進行合理評價，運用灰色預測模型根據歷史的擁堵情況對未來進行預測[1]。

關鍵詞 速度間距比;灰色預測;層次分析;聚類

1問題重述

目前隨著人民生活水平的提高，車輛成為出門的必需品，人們都會駕車出行，在一定的時間段會造成高峰期，導致了目前經常出現的交通擁堵狀況，在導航軟件中，行程的估計是一個非常重要的功能，目前預測行程的軟件都是根據安裝在出租車上的GPS定位來判斷道路的擁堵狀況，但是往往不是在任何時候都適用。我們的問題是如何精確預測通過交通擁堵的時間？請收集數據，建立一個合理的模型來解決此問題[2]。

2問題分析

由于我們所要預測的是通過交通擁堵的時間，當交通擁堵的時候，必然會造成車與車之間的距離很近，車行駛的速度很慢，因為單獨憑借車與車之間的距離或車的速度都不能夠準確判斷是否發生交通擁堵，所以預測的時間必定會有偏差，現在我們通過構建一個合適的物理量速度間距比，即速度與車與車之間距離的比值來判斷是否發生堵車，我們可以把擁堵情況分為5大類也就是非常擁堵、擁堵、一般、通暢、非常通暢。并且通過以往通過交通擁堵的時間對未來進行合理的預測[3]。

3模型假設

（1）假設所取的數據具有普遍性。

（2）假設通過交通擁堵的時間與天氣狀況無關。

（3）假設通過交通擁堵的時間與一些道路的狀況（車禍等原因）無關。

（4）符號說明

4模型的建立及求解

對于道路堵塞時的汽車速度分析，我們利用層次分析法對于造成車速緩慢的因素分離評估，找出影響道路堵塞時的汽車速度最主要的因素，以便于后續分析研究。

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱 AHP）是對一些較為復雜、較為模糊的問題做出決策的簡易方法，它特別適用于那些難以完全定量分析的問題[4]。

層次分析法的基本原理與步驟

層次分析法為這類問題的決策和排序提供了一種新的、簡潔而實用的建模方法。

運用層次分析法建模，大體上可按下面四個步驟進行：

（1）建立遞階層次結構模型;

（2）構造出各層次中的所有判斷矩陣;

（3）層次單排序及一致性檢驗;

（4）層次總排序及一致性檢驗。

下面分別說明這四個步驟的實現過程。

4.1 遞階層次結構的建立與特點

應用AHP分析決策問題時，首先要把問題條理化、層次化，構造出一個有層次的結構模型。這些層次可以分為三類：

（1）最高層：這一層次中只有一個元素，一般它是分析問題的預定目標或理想結果，因此也稱為目標層。

（2）中間層：這一層次中包含了為實現目標所涉及的中間環節，它可以由若干

個層次組成，包括所需考慮的準則、子準則，因此也稱為準則層。

（3）最底層：這一層次包括了為實現目標可供選擇的各種措施、決策方案等，

因此也稱為措施層或方案層[5]。

當在正常行駛的情況下，通過計算速度間距比來判斷擁擠時間，

K<0.3時道路處于非常擁堵狀況，相對堵塞的時間也最長。

0.3

0.5

0.7

k>0.9時道路處于非常通暢狀況，不會發生擁堵。

參考文獻

[1] 林展熙，吳正，楊朝暉，等.基于上海延安高架錄像資料的交通流實測研究[J].水動力學研究與進展A輯，2010，（5）：115-125.

[2] 劉建華.城市道路常發性交通擁擠擴散范圍估計方法研究[D].長春：吉林大學，2007.

[3] 馮金巧.城市道路交通擁擠預測關鍵技術研究[D].長春：吉林大學，2008.

[4] 劉異.基于貝葉斯網絡的城市道路擁擠概率預測研究[D].北京：北京交通大學，2015.

[5] 陳濤.基于系統科學理論的城市道路交通擁擠預測與控制模型研究[D].南京：東南大學，2005.