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1、中国科学院自动化研究所博士学位论文城市交通诱导与控制集成策略的研究姓名：李振龙申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：王飞跃20040601摘要摘要随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市交通量急剧增加，使得交通拥堵日趋严重，并且带来了交通事故和环境污染等问题。本文的研究目的就是通过寻求合适的策略将交通诱导与控制集成起来使路网交通流得到合理的分配与优化，从而在一定程度上缓解交通拥堵。论文的主要内容和创新之处如下：1 基于复杂适应系统理论的交通诱导与控制的分析研究。通过应用复杂适应系统理论对交通诱导与控制进行分析，指出了集成策略的三项基本内容：集成模型、集成算法和集成实施。并应用演
2、化博弈论对交通流的演化过程进行了分析，为建立实用的集成策略提供理论支持。2 交通诱导与控制集成模型的研究。基于交通诱导将交通流分配到合适的路网上由交通控制来适应这些交通流的思想建立了基于系统最优和用户最优的两个集成模型；应用博弈论分析了高速干道的“悲剧”问题，建立了高速干道入口诱导与控制的集成模型；分析了可变速度控制和入口匝道控制作为主线诱导与控制集成的理论基础，建立了高速干道主线诱导与控制的集成模型。3 交通诱导与控制集成算法的研究。阐述了交通分区的必要性和分区原则，提出了关键路口和集散路口的概念，研究了基于动态分区的交通诱导与控制的集成算法。4 交通诱导与控制集成实施的研究。将交叉口控制器
3、、匝道控制器、区域控制器和可变信息牌等当作A g e n t，当地的A g e n t 采用反应型结构、远程的A g e n t 采用思考型结构，从而采用基于“当地简单，远程复杂”的思想来实施诱导与控制的集成问题。5 通过交通仿真来评价集成策略。利用T S I S 一5 1 和V C 组成的交通仿真平台对本文提出的集成策略进行了仿真研究。关键词：交通诱导，交通控制，集成策略，复杂适应系统，博弈论，多A g e n t 系统，当地简单、远程复杂城市交通诱导与控制集成策略的研究A b s t r a c tW i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fe c o
4、n o m ya n dq u i c k e n i n go ft h eu r b a n i z a t i o np r o c e s s，t h et r a f f i cv o l u m ei n c r e a s e ss h a r p l y T h i sm a k e st r a f f i cc o n g e s t i o nm o r es e r i o u sa n dc a u s e sm a n yp r o b l e m s s u c ha st r a f f i ca c c i d e n ta n de n v i r o n
5、m e n t a lp o l l u t i o n，e t c T h er e s e a r c hp u r p o s eo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st os e e kp r o p e rs t r a t e g yt oi n t e g r a t et r a f f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o li no r d e rt om a k et r a f f i cf l o w sa s s i g n e dr a t i o n a
6、 l l ya n do p t i m i z e d，a n dt h e nt r a f f i cc o n g e s t i o ni sa l l e v i a t e dt oac e r t a i ne x t e n t M a i nw o r k sa n dc o n t r i b u t i o n si n c l u d e di nt h i sd i s s e r t a t i o na r ed e s c r i b e da sf o l l o w s F i r s t l y，a na n a l y s i so ft r a f
7、f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o lb a s e do nc o m p l e xa d a p t i v es y s t e m si sg i v e n T h i sd i s s e r t a t i o np o i n t so u tt h r e eb a s i cp a r t so fi n t e g r a t e ds t r a t e g ya r ei n t e g r a t e dm o d e l，i n t e g r a t e da l g o r i
8、 t h ma n di n t e g r a t e di m p l e m e n t i n g T h ee v o l u t i o n a r yp r o c e s so ft r a f f i cf l o w si sa n a l y z e du s i n ge v o l u t i o n a r yg a m ei no r d e rt op r o v i d et h e o r e t i cs u p p o r tf o ri n t e g r a t e ds t r a t e g y S e c o n d l y，as t u d
9、yo ni n t e g r a t e dm o d e lf o rt r a f f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o li ss p e c i f i e d T w oi n t e g r a t e dm o d e lb a s e do ns y s t e mo p t i m u ma n du s e re q u i l i b r i u ma r ep r o p o s e do nt h eb a s i ci d e at h a tt r a f f i cf l o w
10、sa r ea s s i g n e di nt h ep r o p e rr o a dn e t w o r ka n dt h e na d a p t e db yt r a f f i cc o n t r 0 1 T h et r a g e d yo fe x p r e s s w a yi sa n a l y z e du s i n gt h eg a m et h e o r ya n di n t e g r a t e dm o d e lf o rt h eo n。r a m po fe x p r e s s w a yi sp r o p o s e d
11、I n t e g r a t e dm o d e lf o rt h em a i n l i n eo fe x p r e s s w a yi sa l s op r o p o s e dt h r o u g ha n a l y s i n gt h er e l e v a n tt h e o r yo fo n r a m pc o n t r o la n dv a r i a b l es p e e dc o n t r 0 1 T h i r d l y，as t u d yo ni n t e g r a t e da l g o r i t h mf o rt
12、 r a f f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o li ss p e c i f i e d T h en e c e s s i t ya n dp r i n c i p l eo ft r a f f i cz o n e sa r es t a t e d。T h ec o n c e p t so fk e yi n t e r s e c t i o na n dg a t h e r i n g-d i s p e r s i n gi n t e r s e c t i o na r ep u t
13、f o r w a r d I n t e g r a t e da l g o r i t h mf o rt r a f f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o li ss t u d i e db a s e do nt h ed y n a m i cz o n i n g I I 摘要F o u r t h l y，as t u d yo ni n t e g r a t e di m p l e m e n t i n gf o rt r a f f i cf l o w sg u i d a n c e
14、a n dt r a f f i cc o n t r o li ss p e c i f i e d I n t e r s e c t i o nc o n t r o l l e r，r a m pc o n t r o l l e r，r e g i o n a lc o n t r o l l e ra n dv a r i a b l em e s s a g es i g na r er e g a r d e da sa g e n t s L o c a la g e n t sa d o p tr e a c t i v es t r u c t u r e，a n dr
15、e m o t ea g e n t sa d o p td e l i b e r a t es t r u c t u r e T h e nt h ei n t e g r a t i o nf o rt h et r a f f i cf l o w sg u i d a n c ea n dt r a f f i cc o n t r o li si m p l e m e n t e db a s e do nt h ei d e ao fl o c a ls i m p l e，r e m o t ec o m p l e x F i n a l l y，t h ei n t e
16、 g r a t e ds t r a t e g yi se v a l u a t e du s i n gt r a f f i cs i m u l a t i o ns o f t w a r ew h i c hc o n s j s t so fT S I S 5 1a n dV C K e yw o r d s：t r a f f i cf l o w sg u i d a n c e，t r a f f i cc o n t r o l，i n t e g r a t e ds t r a t e g y，c o m p l e xa d a p t i v es y s t
17、 e m s，g a m et h e o r y，m u l t i-a g e n ts y s t e m s，l o c a ls i m p l e，r e m o t ec o m p l e x I I I 独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。签名：关于论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院自动化研究所有权保
18、留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)虢笋新虢旗嗍一第一章绪论第一章绪论交通拥挤与堵塞问题是许多城市面临的严重问题之一，它导致车辆的行程时间延长、延误时间增加，并带来了交通事故和环境污染等问题。本论文试图通过寻求合适的策略将交通诱导与控制集成起来使路网交通流得到合理的分配与优化，从而在一定程度上解决交通拥挤与堵塞问题。本章首先对课题的研究背景和意义进行了阐述，然后对交通诱导和交通控制进行了简要的介绍并指出了诱导与控制集成问题的缺陷所在及解决的方法，最后介绍了本论文的研究内容和结构安排。
19、1 1 研究背景和意义交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济、生产与生活的各个方面。随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市交通量急剧增加，使得交通拥挤与交通堵塞日趋严重，并且带来了交通事故和环境污染等问题。在美国，1 9 8 4 年由交通堵塞所造成的交通延误大约有1 2 亿车时(V e h i c l e h o u r s)，由此对用户所造成的损失估计达1 0 0 0 亿美元之巨I I】。据估计，到2 0 0 5 年美国的交通延误会达到每年6 9 亿车时，将有7 3 亿加仑的燃料浪费于公路交通拥挤，到2 0 1 0 年，美国由于交通拥挤而浪费的行驶时间将上升5 7，每年因交通拥
20、挤造成额外的燃烧消耗将高达9 0 亿美元【2】。在英国，一个大约具有1 0 0 个平面交叉口的城市内，每年由于车辆延误造成的经济损失就达4 0 0 万英镑1 3 1。在我国，百万人以上的大城市每年由于交通拥挤造成的直接和间接经济损失估计达1 6 0 0 亿人民币，相当于我国国内生产总值的3 2【4 J。同时，交通工具排放的废气已经成为破坏大气环境的重要污染源头。据统计，目前，大气中7 0 以上的一氧化碳(C O)、碳氢化合物(H C)、氮氧化合物(N O。)和硫化物(S O。)等有害气态污染物主要是由汽车排放造成的，大气中相当部分的颗粒有害物也是由汽车排放的。需要指出的是，在交通拥挤状态下，车
21、辆时停时走，燃料不能充分燃烧，此时交通工具排放的废气会大幅度增加。所以，交通拥挤与堵塞是交通系统中存在的重要问题，解决交通拥挤与堵塞已迫在眉睫。在多数情况下，交通拥堵问题必须通过修建更多、更宽的道路和其它交通设施从根本上解决。然而，有限的空间和其它经济、环境问题阻止城市交通诱导与控制集成策略的研究了现存交通基础设施的进一步扩展。同时，应注意到，城市道路网发生的交通拥挤非常严重，但并不是所有的道路同时处于拥挤状况，有相当一部分道路，交通仍然畅通【5J，还有一定的通行能力，即一些道路是过载状态，一些道路是欠饱和状态。所以，如果能使车辆均衡地分配在道路网络上，交通拥挤现象将有望得到改善。因此，对交通
22、拥堵问题的解决，不能仅仅依靠修建或扩建道路，而要从管理和技术上寻求突破。八十年代以来，发达国家已从扩大路网规模来满足日益增加的交通需求，转移到用高新技术来改造现有道路系统及其管理系统，从而达到大幅度提高路网的通行能力和服务质量的目的【6】。随着研究的深入，系统的功能扩展到道路交通运输的全过程及其相关的服务部门，发展成为带动道路运输现代化的智能交通系统(I T S：I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m s)。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯技术、电子技术、控制技术及计算机网络技术等有效的集成运用于整个交通管
23、理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。先进的交通管理系统(A T M S：A d v a n c e dT r a f f i cM a n a g e m e n tS y s t e m s)和先进的出行者信息系统(A T I$：A d v a n c e dT r a v e l e rI n f o r m a t i o nS y s t e m s)是I T S 的两个重要子系统【4 I”。A T M S 根据路网交通流状况进行动态的交通管理；A T I S 向用户提供实时的或预测的交通信息以方便出行者，提高用户的出行质量。I T
24、S 将从根本上改变人们出行和交通管理的状况，带来巨大的经济和社会效益。据初步估计，I T S 技术的应用可减少1 0 的废气排量，2 0 的交通延时，3 0 的停车次数。据报道，美国L o sA n g e l e s地区和T e x a s 州在I T S 技术方面投资的效益成本比率分别是1 6：1 和2 2：1 1 9 ，收益非常显著。而这一切，都是在基本上没有进行道路加宽和引入新的高速车道的情况下取得的。交通诱导与控制是智能交通系统的重要组成部分，交通诱导能够帮助管理者实现路网交通流优化和为出行者提供诱导信息，它通常被包括在A T I S 中l S l。交通诱导是解决交通拥挤的有效途径，
25、它通过调整驾驶员的行驶路线使得路网交通流分配达到所希望的状态，实现路网交通流的均衡分配。交通控制是利用计算机、电子、控制、通讯等技术通过对路网上的交通信号灯的配时方案进行优化控制，使路网上的车辆有序流动，减少交通阻塞的发生，缩短旅行时间，它通常被包括在A T M S 中。交通诱导从空间上影响交通流，交通控制从时间上影响交通流1 1 0】。交通诱导和交通控制是相互作用、相互影响的，要有-2 第一章绪论效缓解交通拥堵，必须研究交通诱导与控制的集成问题，我国人口众多，人均道路面积稀少，交通拥堵问题将会随着经济发展和人民生活水平的提高变得更加严重，研究交通诱导与控制的集成问题更显重要性和紧迫性。1 2
26、 存在的问题1 8 6 8 年，英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的开始。1 9 2 6 年，美国的芝加哥市采用了交通灯控制方案1 1。在这之后，交通控制的理论和实践都得到了快速发展。从2 0 世纪6 0 年代美国的电子路径导航系统(E R G S：E l e c t r o n i cR o u t eG u i d a n c eS y s t e m)开始，世界各地陆续开展对诱导系统的理论研究和实地试验。这些研究在系统开发和部署方面积累了一定的成功经验，诱导系统在一些城市已经建设起来并进行了积极的试验，取得了一定的经济和社会效益峭J。在I T S 这一概念提出前，交通诱导与交通
27、控制在各自的研究方向上向前发展；而在I T S 这一概念提出之后，研究人员开始以崭新的角度与方法看待、研究整个交通系统，其中包括交通诱导与交通控制的集成问题。交通诱导与控制的集成所需要的检测、通信、计算机网络等技术已成熟，与这些成熟技术形成鲜明对比的是，作为集成问题灵魂的集成策略还有很多问题未能解决。集成策略是一种方法框架体系，它确定如何对车辆实施诱导、如何进行交通信号的优化配置、如何解决模型计算量大等一系列基本问题【8】。集成策略存在的问题和难点主要有：1 整个交通过程是由交通管理者、驾驶员、行人以及路口控制器、匝道控制器、可变信息牌等众多行为主体共同参与完成的一个复杂行为过程。传统的研究中
28、，把驾驶员、行人等当作被动的对象，把路口控制器、匝道控制器和可变信息牌等当作“死”的对象，没有考虑这些行为主体的主动性与适应性，因而造成了理论与实际的一些脱节【l”。因此，对集成策略的研究应该考虑行为主体的主动性与适应性，应该考虑主体与主体、主体与环境之间的相互作用以及在相互作用中主体经验的积累，从而使我们的研究更加符合实际。2 集成策略的研究必须考虑交通诱导与控制的相互影响。控制策略的改变会影响路口的延误时间，进而影响出行者的路径选择，即路网流量的分配：诱导策略的改变会影响路网流量的分配，进而影响路口的信号配时。因此，对交通诱导来说，必须考虑车辆在路口由于不同的控制策略而引起的延误时间：3
29、城市交通诱导与控制集成策略的研究对交通控制来说，必须考虑由于交通诱导引起的路网交通量的变化 1 0,1 3 1。交通诱导与交通控制是嵌入在同一交通网络中的，二者如何动态地相互影晌与作用是研究的重点与难点。交通诱导的理论基础是交通分配，有关文献(将在第二章进行详细介绍与分析)只对交通分配与交通控制相互作用的静态情况进行了分析，对动态情况研究不多，因此研究动态情况下诱导与控制的相互作用是很有必要的。3 随着城市路网的不断建设，许多城市修建了高速干道，城市道路网络由高速干道和普通道路交织而成，高速干道在整个城市交通中起着主导性的关键作用，高速干道建造的最初设想是给出行用户提供高等级的服务水平。然而，
30、随着经济的快速发展，车辆急剧增多、出行需求快速增加以及高速干道对出行者的吸引力，使得高速干道上的拥挤现象频繁发生【l”。如何通过诱导与控制来缓解高速干道上的交通拥挤，如何实现对高速千道的充分利用是集成策略的一个重要问题。4 对于集成策略，最重要的是其实用性，但目前仍普遍存在着模型复杂、计算量大、优化时间长等一系列问题，再加上城市路网的复杂、庞大，使得集成策略的实用性较差。因此，如何有效地实施交通诱导与控制，如何提高集成策略的实用性是急需解决的问题。还有诸如驾驶员对诱导信息的反应机理是什么样的，行程时间的预测，交通事故、车辆抛锚等突发事件下的诱导与控制等等问题，已有一些文献对这些问题进行了探讨研
31、究 1 5-1 8：】，本文不打算研究这些问题。1 3 解决的方法上述的四个问题是交通诱导与控制集成策略的基本问题。本论文本着理论结合实际的原则，充分考虑交通过程的特点，将交通过程认为是交通管理者、驾驶员、行人、路1 2 控制器、匝道控制器、可变信息牌等多个行为主体共同参与的复杂行为过程。应用复杂适应系统理论I t 9,2 0 对交通过程进行了分析指出了集成策略的三项基本内容：集成模型、集成算法和集成实施。集成模型是集成策略的核心，集成算法是关键，集成实施是基础。从人、车、路之间的相互影响与相互作用的关系出发，应用博弈论来研究交通诱导与控制的集成模型；针对庞大复杂的城市路网，提出关键路口和集散
32、路口的概念，采用基于动态分区的集成算法：至于诱导与控制的集成实施问题，本文采用基于M u l t i-4 第一章绪论A g e n t 技术和“当地简单，远程复杂”的思想来进行研究，以提高集成策略的实用性。1 4 主要内容和结构安排本论文的研究是在中国科学院“引进国外杰出人才计划”和“中科院知识创新工程重大项目”的支持下完成的。本论文的主要内容是研究城市交通诱导与控制的集成策略(集成模型、集成算法和集成实施)以及通过交通仿真来评价集成策略。本论文共分为八章，各章的内容如下：第一章首先介绍论文的研究背景和意义，在简述了交通诱导与控制集成问题的缺陷所在及解决的方法后，扼要介绍了本论文的结构安排。第
33、二章对交通诱导与控制的发展历史和研究进展进行了全面的回顾与总结，并简要介绍了博弈论的相关内容。第三章通过应用复杂适应系统理论对交通过程进行分析，指出诱导与控制集成策略的三项基本内容：集成模型、集成算法和集成实施。应用演化博弈论对交通流的演化过程进行了分析，建立了诱导条件下驾驶员路径选择行为的演化模型，并对其进行分析，为建立实用的集成策略提供理论支持。第四章提出了基于博弈论的交通诱导与控制的四个集成模型。首先从交通诱导和交通控制相互影响的关系出发，充分考虑诱导和控制的动态特性，基于交通诱导将交通流分配到合适的路网上由交通控制来适应这些交通流的思想分别建立了基于系统最优和用户最优的两个集成模型。然
34、后应用博弈论分析了高速干道这一社会公共资源的“悲剧”问题，在此基础上，建立了高速干道入口诱导与控制的集成模型。最后，分析了限速控制和入口匝道控制作为主线诱导与控制集成的理论基础，并建立了高速干道主线诱导与控制的集成模型。第五章提出了基于动态分区的交通诱导与控制的集成算法，主要讨论了动态分区的相关问题。首先说明了交通分区的必要性和分区原则，提出了关键路口和集散路口的概念，在此基础上，研究了基于动态分区的诱导与控制的集成算法。第六章提出了基于M u l t i A g e n t 技术和“当地简单，远程复杂”思想的交通诱导与控制的集成实施。将路口控制器、匝道控制器、区域控制器和可变信息牌等当作A
35、g e n t，当地的A g e n t 采用反应型结构、远程的A g e n t 采用思考型5 城市交通诱导与控制集成策略的研究结构，从而采用基于“当地简单，远程复杂”的思想以动态响应的组织结构和动态组合的组织方式来组织实施诱导与控制的集成问题。第七章阐述了T S I S 5 1 软件与外部软件接口的意义与方法，并用T S I S 一5 1 和V C 组成的交通仿真平台对本文提出的集成策略进行了仿真研究，并比较了定时控制、感应控制和本文集成控制对城市道路交通的影响。第八章总结了本文的主要研究成果，同时指出了本文的不足和今后的发展方向。6 一第二章交通诱导与控制相关问题的综述分析第二章交通诱导
36、与控制相关问题的综述分析本章主要是对交通诱导与控制的相关问题进行总结分析。首先简要介绍了交通诱导与交通控制的发展与开发情况，然后对集成策略的基础理论动态交通分配与信号控制的研究进展进行了详细介绍与分析。本章的安排如下：第l 节简要介绍了交通诱导的发展历史和各国的研制情况；第2 节简要介绍了交通控制的发展历史和新的研究方向：第3 节详细介绍了动态交通分配与信号控制的研究进展；第4 节简要介绍了博弈论的发展情况和主要内容；第5 节对本章进行了小结。2 1 交通诱导的研究现状对交通诱导的研究只有4 0 多年的时间，代表性的早期诱导系统是2 0 世纪6 0 年代末美国的电子路径导行系统(E R G S
37、：e l e c t r o n i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m)年N7 0 年代初日本的综合车辆控制系统(C A C S：c o m p r e h e n s i v ea u t o m o b i l ec o n t r o ls y s t e m)。8 0 年代，美国、日本和德国等开始大规模地进行诱导系统的研究开发，诱导系统的研究如雨后春笋般迅速发展起来【2“。九十年代后，美国先后进行了P a t h f i n d e r，T r a v T e k，A D V A N c E 等项目 2 2,2 3 1。P a t h f i n
38、 d e r 使用静态路径诱导系统B o s c hT r a v e l p i l o t 和航位推算法(D R：D e a dR e c k o n i n g)进行车辆定位和路径诱导；T r a v T e k 项目是在美国佛罗里达奥兰多进行的A T I S 现场实验 2 2 1，T r a v T e k 系统实现的路径诱导是基于实时的交通条件；A D V A N C E 项目是美国在C h i c a g o 实施的诱导项目，它是基于实时交通条件的分布式路径诱导系统。目前，美国各地广泛布置了区域性的多方式出行者信息系统(M u l t i m o d a lT r a v e l
39、e rI n f o r m a t i o nS y s t e m s)，包括在I N T E R N E T上进行实时交通信息的发布，这些交通信息资源在美国已十分丰富【2。日本在1 9 9 0 年开始的车辆信息通信系统(V I C S：V e h i c l eI n f o r m a t i o nC o m m u n i c a t i o nS y s t e m s)项目是基于以前的研究成果在日本建立的世界上第一个国内统一的进行交通信息服务的通信系统1 2”。V I C S 在1 9 9 3 年11 月开始试运行，在1 9 9 6 年4 月正式开始信息服务，覆盖地区包括东京等
40、大城市及主要高速公路。日本的交通管理系统“叫(U T M S：U r b a nT r a f f i cM a n a g e m e n tS y s t e r n s l 由五个子系统组成，其中的动态路径诱导系统(D R G S：D y n a m i c7 城市交通诱导与控制集成策略的研究R o u t eG u i d a n c eS y s t e m)是-4 十交互类型的中心决定式的路径诱导系统27 1，它使用另一个子系统先进的车辆信息系统(A M I S：A d v a n c e dM o b i l eI n f o r m a t i o nS y s t e m)提
41、供的来自多个信息源的实时交通信息和收集的行程时间数据进行路径诱导。F i 本的东京、长野己经开始运行U T M S。日本的D R G S 是世界上第一个投入使用的中心决定式路径诱导系统【2 4 1。德国的A L I 是欧洲最早出现的诱导系统。德国和英国分别在八十年代末期开发出了用于示范的基于红外信标进行通信的动态路径诱导系统：L I S B 系统和A u t o g u i d e 系统1 2 引，二者都是利用历史数据进行诱导。而后英国推出了世界上第一个商用车载路径诱导系统T r a f f i c M a s t e r，向用户提供包括行驶速度等细节性信息。在九十年代，德国西门子公司基于L
42、I S B 开发的A l i S c o u t 系统(在欧洲称为E u r o S c o u t)具有一定的国际影响，它不但安装于德国柏林等欧洲城市，亦应用到了美国M i c h i g a n 的O a k l a n dC o u n t y。德国斯图加特的S T O R M项目致力于开发双模式路径诱导系统：即在安装红外信标的区域开发基于红外信标进行中心决定式的路径诱导。在广域内开发基于R D S T M C 交通广播的路径诱导【2 4 1。从美国、日本和欧洲对诱导系统的研究现状可以看出，美国在计算机和通信等技术上的优势为系统的开发提供了有利条件；欧洲注重开发基于R D S T M C
43、 广播的动态路径诱导系统；日本在动态诱导系统的部署与应用等方面居于领先地位【8】。在我国，交通诱导系统的研究开发尚处于起步阶段，同济大学提出的动态标志路线导行系统1 2 9 是我国在交通诱导领域里较早的尝试。2 2 交通控制的研究现状自1 8 6 8 年英国伦敦首次使用燃汽信号灯以来，道路交通控制经历了一百多年的发展。1 9 6 3 年，加拿大多伦多市建立了一套使用I B M 6 5 0 型计算机的集中协调感应控制系统，标志着城市交通信号控制的发展进入了一个新阶段。随后，在计算机技术、检测器技术和网络信息技术迅速发展的同时，交通控制技术也取得了显著进展，并经历了从点控到线控和面控、从定时控制到
44、感应控制和实时自适应最优控制的过程。比较有影响的交通信号控制系统主要有：7 0 年代澳大利亚的S C A T S(S y d n e yC o o r d i n a t e dA d a p t i v eT r a f f i cS y s t e m)*1 英国的S C O O T(S p l i tC y c l eO f f s e tO p t i m i z a t i o nT e c h n i q u e)系统I“，”)”，它们是动态8-第二章交通诱导与控制相关问题的综述分析的实时自适应控制系统。这些控制系统主要是针对区域交叉口信号灯控制的，也就是所谓的传统的城市交通控制。
45、随着经济和道路建设的发展，高速干道在城市交通中起着越来越重要的作用，同时随着计算机技术、网络技术、信息技术和控制技术的飞速发展，引起了城市交通控制的新发展，交通控制由原来的传统控制向现代城市交通控制发展 3 2,3 3 1。从控制对象来说，现代城市交通控制不仅包括城市区域交通控制，而且包括城市高速公路的控制以及二者的协调控制。城市区域交通控制主要是指普通道路网的交叉口信号控制：城市高速公路控制主要是指入口匝道控制、主线控制和通道控制等。入口匝道控制主要有定时控制、需求一容量法和A L I N E A算法等【l。单匝道入口控制并不能使整个高速公路系统最优化，一些学者研究了多匝道协调控制算法。W
46、a t t e r w o r t h 把多匝道协调问题看成是在主线流量约束和入口匝道排队约束等条件下的线性规划问题1 3 4】；Z h a n g 提出一个采用状态反馈和人工神经网络实现的多匝道协调算法【35 1。针对区域交通和高速公路的相互影响，一些学者研究了区域交通系统和高速公路交通系统的集成问题 3 6 4 4 1。从控制方法来说，现代城市交通控制包括各种先进技术的应用，如专家系统、神经网络、模糊逻辑、遗传算法、分层递阶、智能体等。G a l l i n a r iP 运用神经网络对交通流模型进行建模，并分析了交通流模型的稳定性 4 5 1：P a p a g e o r g i 设计
47、了递阶匝道控制系统，该递阶结构包括适应层，优化层和控制层【4 6】；蔡朝辉等提出了基于多智能体技术的道路交通流控制模型【4 7】；孙晋文等提出了基于多智能体技术的智能交通控制的体系结构【4 8】。另外，一些诸如拥挤收费的管理措施也得到了应用与研究【4 弘”】。2 3 交通诱导与控制的集成问题交通诱导与控制集成的必要性是不言而喻的，许多学者对这一问题进行了研究。交通诱导的基础理论是交通分配，交通控制的基础是信号控制。交通诱导与控制集成问题的核心就是交通分配与信号控制的集成问题，因此对诱导与控制集成问题的研究是围绕着交通分配与信号控制的集成来进行研究的。9 城市交通诱导与控制集成策略的研究2 3
48、1 静态交通分配交通分配(T r a f f i cA s s i g n m e n t)原本是交通规划中的一个重要步骤，它是将调查得到的起讫点之间的出行分布数据(O D 矩阵)按照现有或规划中的路网分配到各条道路上，从而推测各条道路上的交通量，在这种交通分配中O D 矩阵是已知且确定的，因此称之为静态交通分配。1 9 5 2 年，W a r d r o p 提出的两个流量分配原理，奠定了交通流平衡分配的基础胪“。W a r d r o p 第一原理是用户均衡最优(U E：U s e rE q u i l i b r i u m)，其定义是：在交通网络中的用户选择对自己费用最小的路线。达到平
49、衡状态时，任一O D 对间，各条路径的费用相等且不大于未被使用路径的费用。W a r d r o p 第二原理是系统最优(s o：S y s t e mO p t i m u m)，其定义是：网络上的交通流分布使得道路网络上所有出行的总费用最小。静态交通分配假定网络上的交通需求和交通条件(路段流量等)是固定不变的，然而实际的交通系统是动态变化的，诱导与控制的集成必须有能力响应这种变化，特别是交通拥挤的情况下。显然，这种静态交通分配没有真正体现交通流的动态特性。因此，静态交通分配不适合于诱导与控制的集成。2 3 2 动态交通分配动态交通分配，就是将时变的交通出行合理分配到不同的路径上，以降低个人
50、的出行费用或系统总费用【5 3 1。动态交通分配以研究交通需求和交通流状态动态变化为目的，它是在交通需求状况已知的条件下，分析其最优的交通流量分布模式，从而为交通流管理、动态诱导等提供依据。通过交通流管理和动态诱导在空间和时间尺度上对人们已经产生的交通需求的合理配置。使交通路网优质高效的运行。动态交通分配理论历经2 0 多年的发展，许多学者进行了多方面的研究。到目前为止从研究方法上看，可以分为：1)数学规划建模方法：2)最优控制理论方法；3)计算机模拟方法I”J。M e r c h a n t 和N e m h a u s e r 首次用数学规划的方法研究动态交通分配问题，并提出了离散的非凸的