面向云计算框架的最大流算法实现研究

网络最大流路径搜索是图论中的一种重要方法,在交通路径规划、通信路由寻址等领域具有广泛的应用.然而,随着实际问题规模的增大,抽象出的网络模型越来越复杂,最大流路径的搜索过程也越来越耗时,甚至丧失其时效性.为提高计算速度,对最大流搜索算法进行了改进,并采用MapReduce分布式编程模式实现了该算法.基于开源云计算框架的实验表明,改进的算法及其在云计算平台上的实现,对于大规模网络有着较好的搜索效果和计算性能.     

城市交通网络目标配流模型

进行城市交通网络规划时,一方面需充分利用交通网络各路段的通行能力,另一方面又需考虑到某些路段为了控制交通拥挤、交通污染等而设置目标流量的要求,为此本文建立了已知固定交通需求下的双目标网络配流模型,并将此模型转化为等价的凸目标规划模型．通过求解最优控制不等式组模型的方法对配流模型进行求解．这模型及其算法在小型模拟网络上得到了实施．     

综合考虑早晚高峰交通流特性的可变车道布置方案

城市中早、晚高峰时期的"潮汐交通"现象严重影响了交通系统的效率.为了缓解早、晚高峰时期交通不平衡现象造成的交通拥堵和道路资源浪费现象,从网络的角度出发,提出了缓解路段交通流不平衡的可变车道调整方法,并构建了双层规划模型.其中上层模型寻求最优的可变车道布置方案,以最小化网络的总出行时间,下层模型根据用户平衡模型进行交通流分配.为求解所提出的模型,设计了嵌套Frank-Wolfe算法的遗传算法,并基于经典的Sioux Falls网络进行了数值试验.结果表明:采取可变车道布置方案后,网络出行者的总出行时间大大降低;在允许的投资费用下,尽可能多地设置可变车道可为网络高效运行发挥积极作用.可见提出的模型可为交通管理者改善交通网络运行效率提供理论支持.     

基于多源数据的中原城市群城市网络结构对比研究

交通、信息技术支撑下的大数据为城市网络研究提供了强大的数据平台,城市网络研究对于更为清晰、准确地认知区域城镇间的内在联系具有重要意义.选择反映交通流的高铁客运数据和反映信息流的百度指数等数据,运用社会网络分析和流联系强度等方法,进行两种流数据的城市网络对比研究.结果表明:(1)无论是基于交通流还是信息流,郑州的核心位置不变.(2)交通网络存在着明显的带状分布,信息网络存在明显的放射状、组团状分布特征.(3)基于两种流数据的城市网络格局差异不太明显,但无论是网络节点、网络联系还是局部网络,两种城市网络中各个城市的排序存在一定的差异.这表明不同的介质对城市网络的影响是不一样的.     

基于交通流分配的路网服务水平评价方法

为合理评价规划路网的服务水平,引入平均到达饱和度与延误率指标,以克服单一饱和度指标对路网交通流分配评价的不足.交通分配过程中,根据交通流三参数之间的关系,推导出路段交通量与出行时间成一个“侧峰曲线”关系,采用交通分配模拟法基于“侧峰”路阻进行交通分配,引入了到达交通量和通过交通量的概念,并提出了平均到达饱和度和延误率指标对道路网络交通流评价的方法.     

容量限制分配的蚁群优化算法

针对交通规划实践中广泛使用的用户出行行为假设与现实脱节的不足,提出了用蚁群优化算法获取网络流量加载路径的配流新思想.分析了网络中用户出行的行为特征并与蚁群算法执行机制进行了比较,提出利用人工蚂蚁模拟网络中用户出行的可行性和合理性.给出了基于Ant-Cycle模型的容量限制分配思路和流程.设计采用双层迭代机制完成整.个交通分配过程:使用内迭代构建完整的流量加载路径;使用外迭代对路段阻抗进行修正,体现网络的拥挤效应,使网络分配趋于平衡.仿真算例与对比分析表明:该方法可以模拟交通系统的平衡状态,分配结果趋近用户平衡;算法合理、有效.     

基于改进天牛须算法优化的确定性跳跃循环状态网络的交通流预测

为了提高短时交通流速度预测的精度,提出一种基于改进天牛须算法优化的确定性跳跃循环状态网络的交通流预测模型.首先对交通流速度序列进行浑沌性分析,重构序列的相空间,将对交通流速度序列的研究映射到其所在的相空间中进行;然后引入变步长因子和模拟退火技术对天牛须算法(beetle antennae search,BAS)进行改进,并以改进算法优化确定性跳跃循环状态网络(cycle reservoir with regular jumps,CRJ)的参数构建预测模型;最后通过实例对比分析模型的有效性.结果表明:通过相空间重构对交通流速度序列处理,能够挖掘序列内部的动态特性,使之更加适用于网络的建模;所提模型的预测结果同对比模型相比,平均绝对百分比误差下降了1.05％ ～6.04％,有效地提高了短时交通流速度的预测精度.     

高铁对中原城市群流空间网络结构的影响分析

以中原城市群为研究对象,运用城市间铁路客运联系数据和社会网络分析、空间结构指数等,从流空间的角度研究高铁对城市网络空间结构产生的影响.结果显示:①高铁发展对中原城市群交通联系的方向、对象改变不大,但显著地增加了交通联系的强度,使中原城市群网络密度在低水平基础上得到增加.②铁路客运优势城市或劣势城市仍延续其地位,如郑州、商丘、洛阳的相对关注度、相对点出度和相对点入度在无、有高铁两种情况下都始终保持前三名,济源、运城、濮阳则始终是后三名.但其余城市从高铁发展中受益不均衡,高铁发展加剧了流空间网络中城市地位的差异性.③高铁发展对流空间网络的总体结构产生影响,使得中原城市群单极化程度有所降低.但影响程度有限,区域空间结构仍呈现单极化,郑州扮演着"极"的作用.     

基于累积前景理论的日变交通配流模型

相比基于均衡原理所建立的网络均衡配流模型,日变交通配流模型能够描述网络系统的非均衡状态,因而具有更一般的适用性.针对基于期望效用理论的出行者路径选择模型的不足,采用累积前景理论获得了出行者具有参考点依赖特征的路径累积前景值.假设出行者是最大路径累积前景的追随者,利用不同路径累积前景的差异构建了网络系统路径流量交换模型,并据此建立了一个日变动态配流模型.通过一个算例网络对配流模型进行了验证,数值结果表明所提出的模型能够反映动态决策环境下出行者考虑随机风险的有限理性决策行为.     

应用交互式网络流模型的高速网络异常行为检测与控制

针对网络异常流量的检测与定位问题,提出了一种根据网络流统计量异常变化和不完整网络流来有效识别并定位网络异常流量的方法.该方法建立在交互式网络流模型的基础上,分析了交互式网络流模型下各种网络流的交互特征;为准确实时获取网络异常源,采用中国余数定理,设计了连接度sketch结构中的哈希函数,满足了网络用户信息逆向求解的需要,实现了高速网络中异常网络流特征参数的实时获取;为减缓网络异常行为的扩散速度,提出采用动态软隔离方法实现网络异常行为的控制.真实环境下的实验结果表明,所提方法对于多种类型的网络异常行为具有良好的检测效果,检测的准确率和速率都得到了提高,同时可以准确地定位网络异常源,为有效控制网络异常行为的扩散奠定了基础.     

城市交通网络的渗流力学模型

将城市交通网络中的交通流视为多孔介质网络中的渗流，利用裂隙介质中多相渗流力学理论，考虑人流和车流之间的相互作用以及道路通行能力的不同，建立了城市交通网络通行能力计算的渗流力学模型，该模型的计算可以借助渗流力学的现有知识进行，可以通过计算得到不同时刻城市交通网络的交通流分布以及城市交通网络的宏观通行能力。从而为城市交通规划理论提供了一个全新的方法。     

基于TransModeler的拥堵区域交通流量调控方法研究

针对中小城市临时交通管制措施下出现的交通拥堵状况,应用微观交通仿真软件TransModeler建立拥堵区域路网模型。运用动态交通组织手段来实现拥堵区域交通总量控制,均衡路网交通压力。以曲靖市中心城区拥堵区域动态交通组织优化为实例,通过仿真结果对方案实施前后的各拥堵路段的交通流运行状况进行评价,证明了流量调控方法对缓解拥堵区域交通状况具有一定的科学实效性。     

基于微观交通仿真的城市路网交通排放评估

为了给中小城市建立低碳交通体系提供理论依据,利用美国联邦公路局(FHWA)微观仿真软件TSIS/CORSIM,并结合广东省清远市中心城区的交通调查,建立了清远中心城区路网交通仿真模型,对以现状交通流量为基础设定的5个情景方案进行了仿真研究.结果表明:随交通流量的增大,路网的交通排放增加,当增大到1.5倍时,车辆每公里的HC,CO,NOx和CO2排放分别上升8%,12%,12%和29%,当交通流量增加(1.5倍)导致交通拥挤时,额外燃油消耗为225 L,额外CO2排放为518 kg,占总排放的16.3%.     

基于复杂网络的交通阻抗模型研究

针对城市道路交通拥堵及路网道路使用不合理的交通现状,将影响交通阻抗的因素分为交通流特性和路网结构特性两大类;结合ArcGIS、UCINET以及Matlab等工具,通过复杂网络理论量化网络结构特性对交通阻抗的影响;采用节点收缩方法从结构上确定其对交通阻抗的影响,并与BPR路阻函数相结合,建立综合阻抗的参数模型;根据熵权法来确定模型中的ψ、ω两个参数值。最后以天津市部分城市道路网络为例,进行实例验证,结果表明综合阻抗算法更精确地表征了城市道路网络的交通阻抗。     

网络失效条件下的北京市城市道路交通网络统计特征分析

为获知城市道路交通网络的结构和网络特性,根据实际的拓扑和交通流数据,采用原始法进行建模,将路口抽象为节点,将路段抽象为网络的连边,构建城市道路交通网络模型。通过MATLAB和pajek计算,分析了道路抽象、基础设施和动态交通3种网络的统计特征。对基础设施和动态交通网络的强度分布的分析,证实了北京市城市道路网络中的这两种网络均为无标度网络;通过计算基础设施网络的节点强度和介数等特征指标,获知了北京市城市道路的重要路口和路段。最后,仿真分析了3种网络在不同网络失效条件下的重要统计特征,结果表明北京市城市道路基础设施和动态交通网络既具有鲁棒性又具有脆弱性。     

城市复合交通系统容量超级网络评估方法

通过构建虚拟节点和换乘线段,将复合交通系统转化为由小汽车网络、公交网络和轨道交通网络有机组合而成的超级网络,建立复合交通系统容量的超级网络分析评估模型.该模型上层为最大化流量问题,反映复合交通系统服务流量最大化,下层为出行分布和均衡配流的组合模型,反映出行者利用出行路径的选择,同时进行出行方式、换乘节点的选择.以芜湖市城市交通网络系统容量计算为例,结果显示网络容量与城市向东向南发展策略一致,反应了该模型和算法的正确性和有效性.     

基于供需平衡的城市道路和交通方式的最优匹配

在要求城市交通供给和交通需求平衡的条件下，如何使城市机动车道路的类型和人们乘各种机动车出行的交通方式相匹配，是各大城市交通管理和交通规划决策部门十分关心的问题．本以城市道路网络容量和城市交通需求的计算公式为基础，以城市道路容量与城市交通需求之差的绝对值最小为目标，提出了实现供需平衡时城市道路和交通方式匹配的优化数学模型．实例计算结果表明，本所述方法可为交通管理决策部门提供定量决策依据．     

基于MFD的模拟超饱和路网交通控制策略优化

为了缓解城市路网频繁出现的超饱和交通堵塞,本文以堵塞区域路网各条路段上行驶的车辆数作为状态变量,建立路网交通的状态方程,分析路段上车辆数变化规律;同时,基于交通流宏观基本图,以路网中路段累积车辆数最优作为控制目标,建立关于堵塞区域路网系统的离散状态优化控制模型,并将该模型在某城市新区进行模拟算例应用。结果表明,这种基于交通流宏观基本图的优化控制策略能有效缓解城市路网中超饱和交通堵塞,使路网整体输出效率得到明显提升。     

城市轨道交通车站接驳范围的计算模型

依据可达性一致原则,建立了基于广义出行费用的城市轨道交通车站接驳范围计算模型,并给出详细算法及案例分析.针对城市居民出行并非全部都以市中心为目的地这一现实情况,引入城市轨道交通可达点的概念并分别赋予权重,解决了既往研究中只取单一目的地的不足;根据车站周边每个交通小区的实际人口结构对出行时间价值进行细化处理;根据实际路网形态计算接驳距离,使之更加接近实际的走行距离;给出求取车站接驳范围的详细算法,并对算法优化进行讨论;最后,利用广东省某市的预测数据对模型进行计算验证.结果表明,接驳范围与车站周边的道路情况、出行分布以及竞争交通方式的服务水平相关,并不是简单的圆形区域.该模型可以为城市轨道交通已建或规划车站确定客流吸引范围提供计算方法,从而为客流预测及接驳交通设施衔接规划提供参考.     

基于动态贝叶斯网络的交通流状态辨识方法

为准确地对交通流状态进行辨识,进而支持交通流实时诱导系统有效运行,结合速度、流量与车道占有率3种交通流参数,将贝叶斯网络用于交通流状态辨识,提出了基于动态贝叶斯网络的交通流状态辨识方法. 利用英国南安普敦市的实际数据对上述方法进行了仿真验证. 验证结果表明,利用动态贝叶斯交通流状态辨识方法可以更加准确地判别出交通流所处的运行状态,这为智能交通系统,特别是交通流实时诱导系统,提供了一定的理论支持.