1绪论
1.1课题研究背景及意义
我国在智能交通技术的研究方面，相比于美国、日本和欧洲起步较晚，但是在智能交通的管理方面已经推出了一系列实施和研究的项目。在高速公路监控系统、城市交通管理、安全保障系统、收费系统等方面已获得了多项科研成果。一批交通信息采集设备、车载信息装置和专用短程通讯设备，以及有关城市间和城市内部路网交通管理的智能交通共性技术和关键技术研究等，都不同程度地进行了开发与应用。随着我国经济快速发展，政府对智能交通技术的研究将会越来越快，智能交通系统的应用也会越来越广泛。我国已经掀起了智能交通技术的研究高潮，智能交通技术将在我们周围的各个方面给我们带来极大的变化。当前，智能交通系统是全世界范围内交通运输领域的前沿研究课题，目前也是国际上公认的提升道路安全系数、缓解城市道路堵塞、削减城市大气污染、提高运输效能等目的的最佳途径。在可预见的未来，智能交通技术将成为现代化的地面交通运输系统
的重要模式和重点发展方向，是交通运输工程步入信息化时代的重要标志。
1.2国内外研究现状
在城市交通网络中，经常出现某些路段非常畅通，而某些路段较为拥堵的情况。同时，城市路网的交通流拥有较强的时变特性，交通控制需要考虑各种突发事件的可能性。为了实现对城市路网交通流的实时控制，并均衡区域内的车流，国内外的相关领域学者针对城市道路交通拥堵问题做了大量的研究。在城市交通路网的建模方法中，主要有多智能体、混杂系统和Petri网等。基于多智能体技术的城市交通控制系统以智能体为控制单元，智能体的目标是有效控制路网中各个交叉口的车流，使车辆的车辆延时、停车次数等指标最小化。为了达到这个目的，其行为是改变当前的交通灯信号状态，以及与邻近的智能体进行协调、合作、信息交互以达到整体优化控制的目的[3]。
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2城市交通网络模型
2.1引言
在对一个给定的区域交通路网进行协调控制之前，都需要对路网的各个参数进行分析，建立模型，并对模型进行实时或离线的优化。良好的模型是对路网进行协调控制的先决条件，如果模型的参数不够精细和全面，那么对模型进行优化的结果会有很大的不确定性；而如果模型与路网的实际情况偏差较大，则协调控制反而会起反作用。总之，如果没有一个合格的能够较为准确反映路网的模型，后续的协调控制算法则也无从谈起。复杂网络是由大量节点相互连接而形成的一个巨大系统，其主要包括节点和边两种元素。其中每个节点代表系统的一个元素，每条边表示两个节点间的连接关系[36]。本章将一个城市路网抽象为一个离散复杂网络系统，每个节点代表路网中的某个方向的一条路段，而每条边代表两条路段之间车流相互作用的关系；通过研究路网中各个节点的相互作用，建立起城市交通网络的模型，以更好地研究路网中各交叉口的配时对车流的影响。
2.2复杂网络动态方程
建立如图2.3所示的区域路网交通状态模型，包含6个交叉口，6个车流输入端，20条路段。在26条路段中，其中14条为内部路段，记为路段1-14; 6条为输入路段，记为a-ft;其余6条为输出路段。
在此路网模型中，周期￠: = 120^^，各内部路段的长度向量为[600, 600, 300, 300, 600,600, 300, 300, 300, 300, 600, 600, 300, 300],各输入路段车流输入向量为[40, 40, 15, 15, 15,15](单位：辆/周期)。每条路段饱和流率均为0.6veh/s，每辆车平均占用的路面长度为5米。
3交通网络的分群一致及FCM聚类划分................. 19
3.1 引言............... 19
3.2基本概念................ 20
4城市路网的多智能体系统模型................... 32
4.1引言 ...................... 32
4.2多智能体基本概念及在智能交通中的应用现状 ..........................32
4.2.1多智能体的基本概念 ...................32
4.2.2多智能体在智能交通中的应用...................... 32
5路网的仿真...................38
5 .1望京地区的路网拓扑及相关参数......................... 38
5.2路网系统的MATLAB仿真 ：................. 44
5.3路网系统的VISSIM、VB联合仿真........ 48
5路网的仿真
5.1望京地区的路网拓扑及相关参数
以北京市望京地区的路网为例，建立望京地区的路网模型，望京地区的路网结构如图5.1所示。路网包含11个交叉口，50条路段。50条路段中，其中32条为内部路段，记为路段1-32;9条为输入路段，记为a-ft;其余9条为输出路段。
各交叉口处于同一信号控制子区内，即各交叉口的信号周期长度相同，周期时间C = 1205,周期相位总损失时间J = 各路口为两阶段控制，即东西向与南北向分别放行。各内部路段的长度向量为[610, 610, 307, 307, 373, 373, 299, 299, 358, 358, 376, 376, 533,533, 367, 367, 380, 380, 428, 428, 376, 376, 200, 200, 405, 405, 407, 407, 356, 356, 386, 386],各输入路段车流输入向量为[600, 900, 1200, 1200, 800, 800, 800, 1200, 1050](单位：辆/小时)。每条路段饱和流率均为0.6veh/s，每辆车平均占用的路面长度为5米。
5.2路网系统的MATLAB仿真
为了更好地检验算法的收敛性和路段各参数的变化趋势，根据5.1节中望京地区的路网拓扑及相关参数，使用MATLAB R2010b软件建立望京地区的路网状态方程模型，并根据第4章编写了路网的多智能体协调控制算法，路网状态方程模型和协调控制算法的流程图如图5.2和5.3所示。
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6总结和展望
本文研究的主要内容包括以下几个方面：(1)基于离散复杂网络系统的概念，根据城市道路相邻交叉口的车流交换模型，推导出了以各路段车辆数为状态的城市交通路网状态方程，进而根据各路段的长度矩阵，将以路段车辆数为状态的交通路网状态方程变换为以路段空间占有率为状态的路网状态方程。反映了在路网饱和的情况下，路网的拓扑结构、各路段车流转向比例以及每周期路网的输入车流与各路段空间占有率变化的关系以及对其的影响。(2)根据网络的分群一致的概念，提出了交通网络的分群一致，即根据各个路段的拓扑结构、连接状态和交通需求的不同，将路网中所有内部路段分为若干非空不交子集，相同子集内的路段拥有相同的一致状态，而不同子集间的路段拥有不同的一致状态。然后对路网稳态下各个参数的关系进行了数学分析和推导，得到了路网在分群一致状态下，路段的各参数之间的关系、计算方法以及各参数的约束条件。(3)基于聚类分析、模糊集合和FCM聚类的基本概念和基础知识，讨论了使用模糊C均值聚类算法(FCM)对路网中的路段进行划分和聚类的具体步骤，和确定各聚类子集一致状态的方法：即首先初始化模糊分类矩阵，随后计算出各个子集的聚类中心和目标函数的值，并循环迭代，直至满足收敛条件，得到模糊分类矩阵的最终结果；随后根据模糊分类矩阵即可确定子集的划分和各子集的一致状态。
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参考文献（略）
