災(zāi)害條件下路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估研究

災(zāi)害條件下路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估研究摘要：近年來(lái)頻發(fā)的災(zāi)害事件不僅給各地政府敲響了警鐘,也對(duì)道路交通系統(tǒng)的組織與保障能力提出了更高的要求。城市道路災(zāi)害條件下具有突發(fā)性和偶然性的特點(diǎn),一旦發(fā)生突發(fā)事件,將對(duì)城市道路交通系統(tǒng)造成巨大影響,如損毀交通基礎(chǔ)設(shè)施、中斷道路交通運(yùn)行等。本文首先對(duì)災(zāi)害條件下路網(wǎng)交通狀態(tài)進(jìn)行了研究，然后針對(duì)路網(wǎng)交通的評(píng)估方法進(jìn)行了說(shuō)明和分析，最后以評(píng)估方法為依據(jù)進(jìn)行了相關(guān)的評(píng)估驗(yàn)證。希望通過(guò)對(duì)本文的闡述可以提升我國(guó)災(zāi)害條件下路網(wǎng)交通方面的建設(shè)水平，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)最大限度的保障交通。關(guān)鍵詞：災(zāi)害條件；路網(wǎng)交通；運(yùn)行狀態(tài)；評(píng)估Abstract：Withthecharacteristicsofsuddenandcontingencyundertheconditionofurbanroaddisaster,theurbanroadtrafficsystemwillbegreatlyaffectedifthereisanemergency,suchasdestroyingthetrafficinfrastructureandinterruptingtheroadtrafficoperation.Inrecentyears,frequentdisastershavenotonlysoundedthealarmbellstoalloverthegovernment,butalsoputforwardhigherrequirementsfortheorganizationandguaranteeabilityoftheroadtrafficsystem.So,howtomakefulluseofexistingrescuefacilitiestoimplementtrafficmanagementisoneofthekeyproblemsfacedbyemergencyevacuation.Atpresent,China'sresearchinthisareahasyettobedeepened.Keywords:disasterconditions,roadnetworktraffic,urbantraffic;runningstate目錄TOC\o"1-5"\h\z\u第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3研究?jī)?nèi)容1.4研究方法第二章災(zāi)害條件下路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)概述 32.1災(zāi)害條件概述 32.1.1災(zāi)害條件的定義 32.1.2災(zāi)害條件的特點(diǎn) 32.1.3災(zāi)害條件的分類(lèi) 42.2災(zāi)害條件下交通特性分析 42.2.1交通網(wǎng)絡(luò)特性 42.2.2交通需求特性 62.2.3交通流特性 72.2.4出行行為特性 7第三章災(zāi)害條件下典型路網(wǎng)交通評(píng)估方法分析 73.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)原則 83.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu) 93.3評(píng)價(jià)指標(biāo)選取 93.4交通狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)成 10第四章結(jié)論 11參考文獻(xiàn) 13致謝 16第一章緒論1.1研究背景及意義隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，人們的生活水平有了大幅提高，人們的出行方式發(fā)生了很大改變，機(jī)動(dòng)車(chē)輛越來(lái)越成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，機(jī)動(dòng)車(chē)輛的普及給生產(chǎn)生活帶來(lái)極大的方便。但同時(shí)也給城市道路交通提出了更高的要求，交通擁擠等負(fù)面效應(yīng)隨之而來(lái)。超前的預(yù)知并闡明可能出現(xiàn)的道路運(yùn)行狀況，而不應(yīng)在擁擠的交通給人們帶來(lái)很大不便之后才探求解決問(wèn)題的方案。文章選取某市的某路段作為對(duì)象，綜合該路段以往的道路運(yùn)行狀況信息，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)工程等各種有效的數(shù)學(xué)方法，基于馬爾科夫鏈。預(yù)測(cè)功能，建立模型對(duì)該路段可能出現(xiàn)的交通狀況進(jìn)行合理推測(cè)。面對(duì)復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)下的突發(fā)事件,駕駛員的路徑選擇是一種博弈行為,選擇的結(jié)果可能阻塞某些靜態(tài)最優(yōu)路徑,致使車(chē)輛必須另選其他路徑才能快速地駛離事件影響區(qū)。在這種情況下,城市道路突發(fā)事件應(yīng)急疏散的核心問(wèn)題就轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螐南到y(tǒng)最優(yōu)的角度出發(fā),根據(jù)災(zāi)時(shí)道路交通的實(shí)際運(yùn)行狀況來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)變交通需求與應(yīng)急疏散之間的合理分配,即應(yīng)急動(dòng)態(tài)交通分配問(wèn)題。由此可知,開(kāi)展突發(fā)事件下城市交通應(yīng)急疏散研究,最大限度地實(shí)現(xiàn)有限道路資源與應(yīng)急交通需求的合理分配,引導(dǎo)駕駛員選擇最優(yōu)疏散路徑快速、安全地駛離事件影響區(qū),對(duì)于提高城市交通應(yīng)急反應(yīng)能力,減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。灰色馬爾科夫模型是一種結(jié)合灰色系統(tǒng)理論和馬爾科夫鏈的理論的預(yù)測(cè)模型。首先灰色預(yù)測(cè)方法用于預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)較為明顯的時(shí)間序列，對(duì)隨機(jī)波動(dòng)性大的時(shí)間序列則效果不是太好，馬爾科夫鏈的理論適用于隨機(jī)過(guò)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移行為，正好可以彌補(bǔ)灰色預(yù)測(cè)的局限，但馬爾科夫鏈的預(yù)測(cè)對(duì)象要求具有平穩(wěn)過(guò)程、等均值的特點(diǎn)，交通系統(tǒng)的變化多屬于非平穩(wěn)過(guò)程，如果采用GM（1，1）模型擬合系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)隨機(jī)波動(dòng)大的殘差序列進(jìn)行馬爾科夫預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(1)國(guó)內(nèi)研究綜述國(guó)內(nèi)對(duì)動(dòng)態(tài)交通分配理論和方法的研究尚處于起步階段。在借鑒國(guó)外研究先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)學(xué)者從兩個(gè)方面對(duì)動(dòng)態(tài)交通分配展開(kāi)研究:一是DSO(DynamicSystem-Optimal),即動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)方面,二是DUO(DynamicUser-Optimal),即動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)方面。清華大學(xué)交通研究所的陸化普和殷亞峰利用最優(yōu)控制理論構(gòu)建了一個(gè)可用于預(yù)測(cè)交通流瞬時(shí)特性的交通分配模型。該模型遵循動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)原則,并根據(jù)Pontryagin最小值原理獲得了模型最優(yōu)解;西南交通大學(xué)的葉懷珍和周賢偉采用多步積分變換的方法對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)交通網(wǎng)絡(luò)流量分配模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性規(guī)劃問(wèn)題?？紤]到動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)原則,吉林大學(xué)的楊兆升和朱中提出了一種離散時(shí)間動(dòng)態(tài)隨機(jī)交通分配模型。該模型考慮了“先進(jìn)先出(First-In-First-Out,FIFO)”原則和道路擁堵?tīng)顩r,利用馬爾科夫模型構(gòu)建了交通需求函數(shù),遵循動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)原則;北京交通大學(xué)的高自友和任華玲首先分析了交通問(wèn)題建模的先決條件,利用離散原理對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了深入分析,然后給出遵循用戶最優(yōu)原則的適用于動(dòng)態(tài)交通分配的離散變分不等式(VI)模型,并給出了模型的求解算法。利用該算法可以得出不同時(shí)刻的城市路段交通駛?cè)?、駛出比?有利于后期的城市交通誘導(dǎo)工作;北京航空航天大學(xué)黃海軍課題組負(fù)責(zé)的國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目—《城市交通網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)量的動(dòng)態(tài)平衡分配模型與算法》在一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的城市路網(wǎng)上建立了離散的動(dòng)態(tài)交通分配模型,模型遵循準(zhǔn)用戶最優(yōu)原則,采用投影系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)了求解算法,并利用變分不等式構(gòu)建函數(shù)模型。(2)國(guó)外研究綜述早在1971年,HaiYang和SamYagar利用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了第一個(gè)模擬交通分配的模型。該模型以時(shí)變交通需求和擁擠排隊(duì)為基礎(chǔ),以用戶最優(yōu)為原則,對(duì)交通流量進(jìn)行了分配模擬;此后,Yagar針對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)原則提出了模型的啟發(fā)式算法;1993年Ta-YinHu和HaniS.Mathmassani在充分考慮時(shí)變需求以及擁擠排隊(duì)的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬的動(dòng)態(tài)交通分配模型。美中不足的是該模型沒(méi)有考慮OD(OriginDestination)轉(zhuǎn)化因素,對(duì)道路的阻抗進(jìn)行了簡(jiǎn)化。1978年MerchantD.K.和NemhauserG.L.給出了第一個(gè)從數(shù)學(xué)規(guī)劃角度分析動(dòng)態(tài)交通分配問(wèn)題的模型。該模型以系統(tǒng)最優(yōu)為準(zhǔn)則,采用離散時(shí)間、非凸的非線性規(guī)劃方法來(lái)建模。1987年CareyM.和McCartneyM.在M-N模型的基礎(chǔ)上,驗(yàn)證了非線性凸規(guī)劃模型的可行性。不論是M-N還是非線性凸模型及其他求解模型,都在一定程度上對(duì)動(dòng)態(tài)交通分配理論的發(fā)展起到了催化劑的作用。然而,它們又存在極大的局限性,即研究方案為多個(gè)起始點(diǎn)加一個(gè)終結(jié)點(diǎn),這對(duì)具有多個(gè)起始點(diǎn)和多個(gè)終結(jié)點(diǎn)的城市網(wǎng)絡(luò)而言并不完全適用。第二章災(zāi)害條件下城市路網(wǎng)交通特性分析2.1災(zāi)害條件概述2.1.1災(zāi)害條件的定義導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展的原因或因素。地質(zhì)災(zāi)害形成條件特別復(fù)雜,不同地質(zhì)災(zāi)害的形成條件也很不一致。根據(jù)各種地質(zhì)災(zāi)害形成條件的屬性特征,可概括為兩大方面：①自然條件：地質(zhì)條件--巖土體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造及活動(dòng)性、動(dòng)力活動(dòng)方式與強(qiáng)度等；水文地質(zhì)條件--地下水埋藏及其動(dòng)態(tài)變化；地形地貌條件--地形高度、坡度、形態(tài)等；氣候條件--氣溫、降水、風(fēng)力、風(fēng)向等；陸地水文與海洋水文條件--江河湖海分布及其動(dòng)態(tài)變化；森林植被條件--植被類(lèi)型、森林覆蓋率等。②社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件：人口密度；財(cái)產(chǎn)類(lèi)型與價(jià)值密度；資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境利用；災(zāi)害防治與減災(zāi)投入力度等。2.1.2災(zāi)害條件的特點(diǎn)第一，自然災(zāi)害具有廣泛性與區(qū)域性。一方面，自然災(zāi)害的分布范圍很廣。不管是海洋還是陸地地上還是地下、城市還是農(nóng)村、平原、丘陵還是山地、高原，只要有人類(lèi)活動(dòng)，自然災(zāi)害就有可能發(fā)生。另一方面，自然地理環(huán)境的區(qū)域性又決定了自然災(zāi)害的區(qū)域性。第二，自然災(zāi)害具有頻繁性和不確定性，全世界每年發(fā)生的大大小小的自然災(zāi)害非常多。近幾十年來(lái)，自然災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)還呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而自然災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模等的不確定性，又在很大程度上增加了人們抵御自然災(zāi)害的難度。第三，自然災(zāi)害具有一定的周期性和不重復(fù)性，主要自然災(zāi)害中，無(wú)論是地震還是干旱、洪水、它們的發(fā)生都呈現(xiàn)出一定的周期性。人們常說(shuō)的某種自然災(zāi)害“十年一遇、百年一遇”實(shí)際上就是對(duì)自然災(zāi)害周期性的一種通俗描述，自然災(zāi)害的不重復(fù)性主要是指災(zāi)害過(guò)程、損害結(jié)果的不可重復(fù)性。第四，自然災(zāi)害具有聯(lián)系性。自然災(zāi)害的聯(lián)系性表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是區(qū)域之間具有聯(lián)系性。比如，南美洲西海岸發(fā)生“厄爾尼諾”現(xiàn)象，有可能導(dǎo)致全球氣象紊亂；美國(guó)排放的工業(yè)廢氣，常常在加拿大境內(nèi)形成酸雨。另一方面是災(zāi)害之間具有聯(lián)系性。也就是說(shuō)，某些自然災(zāi)害可以互為條件，形成災(zāi)害群或?yàn)?zāi)害鏈。例如，火山活動(dòng)就是一個(gè)災(zāi)害群或?yàn)?zāi)害鏈。火山活動(dòng)可以導(dǎo)致火山爆發(fā)、冰雪融化、泥石流、大氣污染等一系列災(zāi)害。第五，各種自然災(zāi)害所造成的危害具有嚴(yán)重性。例如，全球每年發(fā)生可記錄的地震約500萬(wàn)次，其中有感地震約5萬(wàn)次，造成破壞的近千次，而里氏7級(jí)以上足以造成慘重?fù)p失的強(qiáng)烈地震，每年約發(fā)生15次，干旱、洪澇兩種災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失也十分嚴(yán)重，全球每年可達(dá)數(shù)百億美元。第六，自然災(zāi)害具有不可避免性和可減輕性。由于人與自然之間始終充滿著矛盾，只要地球在運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)在變化，只要有人類(lèi)存在，自然災(zāi)害就不可能消失，從這一點(diǎn)看，自然災(zāi)害是不可避免的。然而，充滿智慧的人類(lèi)，可以在越來(lái)越廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)，通過(guò)采取避害趨利、除害興利、化害為利、害中求利等措施，最大限度地減輕災(zāi)害損失，從這一點(diǎn)看，自然災(zāi)害又是可以減輕的。2.1.3災(zāi)害條件的分類(lèi)氣象災(zāi)害:干旱、暴雨、洪澇、臺(tái)風(fēng)、寒潮等；地質(zhì)災(zāi)害:主要有地震、滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地裂縫等；海洋災(zāi)害:風(fēng)暴潮、海嘯、海浪、海冰、赤潮等；生物災(zāi)害:有病害、蟲(chóng)害、草害、鼠害等，森林火災(zāi)和草原火災(zāi)也屬?gòu)V義的生物災(zāi)害。2.2災(zāi)害條件下交通特性分析2.2.1交通網(wǎng)絡(luò)特性交通網(wǎng)絡(luò)（TrafficNetwork）各種運(yùn)輸網(wǎng)、郵電網(wǎng)構(gòu)成的整體交通網(wǎng)，亦稱(chēng)運(yùn)輸網(wǎng)路。交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、徑路網(wǎng)絡(luò)、組織網(wǎng)絡(luò)及需求網(wǎng)絡(luò)4類(lèi)構(gòu)成，相互交織的網(wǎng)絡(luò)形成了人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)空間相互作用乃至城市體系結(jié)構(gòu)的重要表征。其中，交通節(jié)點(diǎn)形成設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，交通線路構(gòu)成徑路網(wǎng)絡(luò)，而節(jié)點(diǎn)與線路的結(jié)合形成交通組織網(wǎng)絡(luò)。城市交通系統(tǒng)是一個(gè)分布式、有人參與的時(shí)變復(fù)雜系統(tǒng)，而實(shí)際的城市交通流呈現(xiàn)出非線性、隨機(jī)性和時(shí)空相關(guān)聯(lián)的特征，這就意味著城市交通管理必然是一項(xiàng)異常困難而又極具開(kāi)拓性的工作。隨著交通擁擠加劇，利用先進(jìn)的交通控制與管理手段緩解交通擁擠已成為共識(shí)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智能交通系統(tǒng)也成為一個(gè)極其重要的研究方向。在過(guò)去數(shù)10年問(wèn)，來(lái)自交通、物理、數(shù)學(xué)、通信、電子技術(shù)等不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的大批專(zhuān)家學(xué)者．對(duì)交通流理論、城市交通網(wǎng)絡(luò)均衡分析、交通控制及交通流誘導(dǎo)等城市交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，取得了眾多開(kāi)創(chuàng)性的成果。智能交通系統(tǒng)實(shí)施的先決條件是對(duì)交通流運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)劃分與量化方法有清晰、準(zhǔn)確的理解和掌握。交通狀態(tài)分析的必要性：通過(guò)觀察城市交通實(shí)際運(yùn)行和對(duì)所采集到的交通信息進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)路段和區(qū)域交通狀態(tài)具有自身的規(guī)律。在過(guò)去，這些規(guī)律需要交通管理人員長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累才可發(fā)現(xiàn)．而現(xiàn)在充分利用智能交通系統(tǒng)的海量信息，運(yùn)用模式識(shí)別、人工智能等方法，便可找出隱含在交通信息之中的交通模式．為交通管理與控制提供有用信息。路網(wǎng)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)的變化，本質(zhì)上是交通流的時(shí)空變化。不同的路網(wǎng)交通流特征將對(duì)應(yīng)不同的交通狀態(tài)。因此，交通狀態(tài)應(yīng)該是伴隨交通系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的一種動(dòng)態(tài)的交通流狀態(tài)或網(wǎng)絡(luò)模式。根據(jù)交通管理需要的不同?？梢詮奈⒂^或宏觀層面對(duì)交通狀態(tài)進(jìn)行分析，從而更好的為區(qū)域路網(wǎng)的交通流控制、誘導(dǎo)等提供決策支持。從本質(zhì)上看，交通擁擠也是一種交通狀態(tài)，因此可以認(rèn)為交通擁擠的判別等相關(guān)研究是交通狀態(tài)分析的一個(gè)子集。目前，交通狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)較多，如采用模糊評(píng)價(jià)、層次分析法等確定服務(wù)水平、擁擠度等，同時(shí)有很多學(xué)者關(guān)注交通擁擠的自動(dòng)判別并提出了大量的模型與算法。到目前為止，國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的城市交通狀態(tài)或交通擁擠的判別定義。比較通用的是美國(guó)的《道路通行能力手冊(cè)》(HighwayCapacityManual，HCM)提出的描述車(chē)輛之間的運(yùn)行條件及其駕駛員和乘客的主觀感覺(jué)的質(zhì)量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)——道路交通服務(wù)水平(1evelofservice)。交通狀態(tài)包含2層含義：（1)交通運(yùn)行的客觀狀態(tài)，即隨著交通狀態(tài)的變化．交通流特征參數(shù)也隨之變化；（2)取決于駕駛員的心理感覺(jué)對(duì)于不同的道路狀況等條件，駕駛員對(duì)交通狀態(tài)的尺度也是不一樣的。雖然國(guó)際上關(guān)于交通狀態(tài)至今沒(méi)有統(tǒng)一的定義．但其具體運(yùn)用卻得到了廣泛的重視。如服務(wù)水平(LOS)是指道路使用者根據(jù)交通狀態(tài)從速度、行駛時(shí)間、駕駛自由度、交通間斷、舒適、方便等方面所得到的服務(wù)程度。在美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》中．服務(wù)水平是描述交通流內(nèi)的運(yùn)行條件及其影響駕駛員與乘客感覺(jué)的一種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)亦即道路在某種交通條件下所提供的運(yùn)行服務(wù)的質(zhì)量水平。美國(guó)將服務(wù)水平分為A到F6級(jí)，但是主要針對(duì)非中斷性交通流的公路設(shè)施。我國(guó)公安部2002年公布的《城市交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中規(guī)定，用城市主干路上機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度來(lái)描述其交通擁擠程度：（1）暢通：城市主干路上機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度不低于30km/h；（2)輕度擁擠：城市主干路上機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度低于30km/h，但高于20km/h；（3)擁擠：城市主干路上機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度低于20km/h，但高于1Okm/h；（4)嚴(yán)重?fù)頂D：城市主干路上機(jī)動(dòng)車(chē)的平均行程速度低于10km/h。這些描述都是交通狀態(tài)分析的具體運(yùn)用。交通狀態(tài)具有以下特性：（1)層次性。與城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的層次性相對(duì)應(yīng)．道路交通狀態(tài)也具有明顯的層次性；（2)隨機(jī)性。交通狀態(tài)往往與時(shí)間緊密相關(guān)的隨機(jī)過(guò)程有關(guān)，并且由系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性所決定；（3)相對(duì)性。道路堵塞與一定的交通環(huán)境有關(guān)，不同交通環(huán)境下的交通狀態(tài)以及對(duì)其描述與劃分存在著不一致性如采用不同的描述方法，對(duì)于交通狀態(tài)的劃分就有所不同；（4)數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性。交通狀態(tài)分析能夠從全局角度實(shí)時(shí)地反應(yīng)路網(wǎng)的服務(wù)水平，是交通控制系統(tǒng)與交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)協(xié)同的重要依據(jù)。首先，由于它反映了交通流客觀運(yùn)行狀態(tài)可以向交通管理者提供準(zhǔn)確地交通運(yùn)行狀況信息，并可以作為交通控制系統(tǒng)的輸人參數(shù)優(yōu)化區(qū)域路網(wǎng)；其次，由于交通狀態(tài)能夠反映出行者的心理，在確定誘導(dǎo)策略及發(fā)布交通信息時(shí)，科學(xué)地進(jìn)行交通狀態(tài)分析可以更好的被出行者所接受。2.2.2交通需求特性交通需求特性主要包括交通需求的總量特性、時(shí)空分布特性、需求強(qiáng)度特性、出行距離特性、交通方式構(gòu)成特性以及不同性別、年齡、職業(yè)、收入的不同交通出行群體的交通需求特性等。2.2.3交通流特性交通流是指汽車(chē)在道路上連續(xù)行駛形成的車(chē)流。廣義上還包括其他車(chē)輛的車(chē)流和人流。在某段時(shí)間內(nèi)，在不受橫向交叉影響的路段上，交通流呈連續(xù)流狀態(tài)；在遇到路口信號(hào)燈管制時(shí)，呈斷續(xù)流狀態(tài)。2.2.4出行行為特性出行指外出旅行、觀光游覽，或者車(chē)輛、行人從出發(fā)地向目的地移動(dòng)的交通行為。第三章災(zāi)害條件下城市路網(wǎng)交通評(píng)估路網(wǎng)交通狀態(tài)判別涉及宏觀、中觀和微觀交通參數(shù)。宏觀交通參數(shù)主要描述交通路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性和整體狀態(tài)的演變過(guò)程，中觀參數(shù)主要指路口與路段的交通狀態(tài)；微觀參數(shù)主要是指車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)與相互影響關(guān)系。因此，路網(wǎng)交通狀態(tài)判別是涉及多尺度、多變量、高度隨機(jī)和時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)分析問(wèn)題。僅僅從交通流數(shù)據(jù)的分析中很難得出交通狀態(tài)的時(shí)空變化規(guī)律還需要建立合理的路網(wǎng)模型，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)路網(wǎng)交通狀態(tài)及其演變規(guī)律進(jìn)行分析。城市交通狀態(tài)分析主要基于多源、海量的交通信息，因?yàn)榉植际降某鞘薪煌ㄏ到y(tǒng)擁有大量檢測(cè)器。如檢測(cè)線圈、雷達(dá)、視頻檢測(cè)器等。通過(guò)對(duì)交通信息的提取和分析，可以得到能夠科學(xué)表征網(wǎng)絡(luò)交通流狀態(tài)的有用信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)路網(wǎng)交通流狀態(tài)地實(shí)時(shí)響應(yīng)。實(shí)現(xiàn)交通控制系統(tǒng)與誘導(dǎo)系統(tǒng)的相互協(xié)作。微觀交通狀態(tài)分析主要集中于交通流的基礎(chǔ)研究，并開(kāi)發(fā)了大量的模型。中觀交通狀態(tài)分析最具代表性的研究為道路交通事件自動(dòng)判別算法(ACI)，它也是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究并開(kāi)發(fā)了大量模型。這些模型和算法主要關(guān)注于路段或交叉口的交通狀態(tài)。宏觀交通狀態(tài)分析主要是評(píng)價(jià)交通網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行狀態(tài)，為交通管理者提供決策信息。一些研究者從交通管理的實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行研究。于春全從宏觀層面論證了進(jìn)行交通狀態(tài)評(píng)估的必要性，并以北京市路網(wǎng)為例，初步探討了宏觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。姜桂艷構(gòu)建了3層道路交通狀態(tài)指標(biāo)體系，其中城市道路交通狀態(tài)分別對(duì)主干路、次干路、快速路采用擁擠率進(jìn)行評(píng)價(jià)。時(shí)變的交通狀態(tài)是如ATMS、ATIS等先進(jìn)的在線交通管理與控制系統(tǒng)的重要輸入變量。然而．通過(guò)可利用的測(cè)量技術(shù)估計(jì)靜態(tài)的交通狀態(tài)變量是十分困難的，更何況是動(dòng)態(tài)的交通狀態(tài)估計(jì)。所以，我們需要以一種更加具體、形象的方法來(lái)對(duì)交通量進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)和分析。3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)原則交通擁擠之所以稱(chēng)為全世界大中城市所而臨的共同問(wèn)題，其本質(zhì)是因?yàn)樵诘缆废到y(tǒng)中存在著低通行能力的道路組成部分，即交通瓶頸。當(dāng)瓶頸上游的交通量大于瓶頸處的通行能力時(shí)，擁擠不可避免。同時(shí)交通量在時(shí)間_l幾和空問(wèn)上分布又存在著不均勻性，交通事故也是時(shí)常發(fā)生，這些都造成了城市道路頻繁的發(fā)生交通擁擠，根據(jù)宏觀交通流和微觀交通流發(fā)生運(yùn)行故障的本質(zhì)不同，可以將交通擁擠分為常發(fā)性交通擁擠和偶發(fā)性交通擁擠。2.1.1交通擁擠的含義及分類(lèi)交通擁擠是指交通需求超過(guò)道路的交通容量時(shí)，超過(guò)部分的交通量滯留在道路上的交通現(xiàn)象。它是某一時(shí)空交通供給難以滿足交通需求所產(chǎn)生的交通滯留現(xiàn)象，是基于出行者主觀感受做出的描述和判斷，與出行個(gè)體基于不同出行目的的心理承受能力相關(guān)。交通擁擠通常分為兩種類(lèi)型，由于過(guò)大的交通需求造成道路設(shè)施超載所引起的交通擁擠，例如上下班高峰時(shí)刻所發(fā)生的擁擠現(xiàn)象。另一種是由于道路上的隨機(jī)事件所引起的延誤和危險(xiǎn)構(gòu)成的交通擁擠，如交通事故、車(chē)輛停駐、惡劣的天氣。此外，根據(jù)擁擠形成的先后次序，可以將交通擁擠分為初始交通擁擠和后續(xù)交通擁擠。初始交通擁擠是指在一個(gè)道路瓶頸處首先產(chǎn)生的交通擁擠。后續(xù)交通擁擠是指由初始交通擁擠的回流和蔓延而形成的交通擁擠。2.1.2交通流特性及交通擁擠判別的基本參數(shù)交通流特性可用交通量、車(chē)速和交通密度三個(gè)參數(shù)予以描述。速度和密度反應(yīng)交通流從路上獲得的服務(wù)質(zhì)量，交通量可量度車(chē)流的數(shù)量和對(duì)交通工程設(shè)施的需要情況。三參數(shù)之間的關(guān)系式可表示為：f=這一關(guān)系式可視為一個(gè)三維空間中的一條空間曲線，稱(chēng)為交通流模型曲線圖，圖3-1。為了研究方便，通常以圖3-2所示的二維正交投影來(lái)表示它們兩兩之間的關(guān)系。Q=交通流參數(shù)f-k、v-k、f-v正交投影圖交通流是整體的、宏觀的概念，通過(guò)對(duì)大獄觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)交通流具有一定的特征性?xún)A向，為此提出了交通流特性的概念。交通流特性是用來(lái)描述和反映交通流特性的物理量，稱(chēng)為交通流參數(shù)，是交通流運(yùn)行狀態(tài)的定性、定量特征。交通流參數(shù)分為宏觀參數(shù)和微觀參數(shù)，宏觀參數(shù)用于描述交通流作為一個(gè)整體表現(xiàn)出來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)特性，主要包括交通量、速度、交通密度、占有率、排隊(duì)長(zhǎng)度;微觀參數(shù)用于描述交通流中彼此相關(guān)的車(chē)輛之問(wèn)的運(yùn)行狀態(tài)特性，包括車(chē)頭時(shí)距和車(chē)頭間距。3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的所有可能狀態(tài)Xn=l,2……k每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的狀態(tài)概率Ai(n)=P(Xn=i)i=l,2……k,n=O，1,2……系統(tǒng)由狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率Pij=P(Xn=i,X狀態(tài)概率向量A(n)=(A1(n)，A2(n)……Ak(n))狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣P={Pij狀態(tài)概率向量A(n)：A(n)=A(0)P3.3評(píng)價(jià)指標(biāo)選取利用灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)建模過(guò)程如下：即先用灰色GM（1，1）對(duì)原始數(shù)據(jù)X（0）進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上對(duì)殘差進(jìn)行GM（1，1建立原始數(shù)據(jù)的GM（1，1）的預(yù)測(cè)模型根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，原始數(shù)據(jù)序列X(0)={X（0）(1)，X（0）(2)……X（0）(n)}，為預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)狀況，對(duì)原始數(shù)據(jù)累加處理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的規(guī)律性，常采用一次累加生成處理得到一次累加序列X（對(duì)X（1）（t）建立GM（1，1），對(duì)應(yīng)的線性微分方程為（t）建立GM（1，d式中：a，u為待辨識(shí)的參數(shù)。解該微分方程為:x式中：X（0）(1)=由最小二乘法求解待辨識(shí)的參數(shù)a，u表示為:a式中Y為Y=（根據(jù)GM（1，1）模型可以求出一次累加生成量=X（1）x1t=由于x1t=因此得到原始數(shù)據(jù)模型值為x3.4交通狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)成由上面的分析得到殘差絕對(duì)值序列為ε0t=令殘差絕對(duì)值的累加序列：ε（1）(t)={ε（1）（1），ε（1）(2)……ε（1d式中：u1，a得到的微分方程為ε由最小二乘法求解待辨識(shí)的參數(shù)a，u，估計(jì)值a，u，系數(shù)a1u1=Y1=得到改進(jìn)后的原始數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值為x式中：符號(hào)函數(shù)sgn由上面的分析可知，1≤t≤n時(shí),sgn(t)的值可由原殘差的符號(hào)確定，因此提高灰色預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵是正確預(yù)測(cè)t>n時(shí)sgn(t)值的概率。根據(jù)馬爾可夫理論，對(duì)于時(shí)間和狀態(tài)都是離散的馬爾科夫過(guò)程，稱(chēng)為馬爾科夫鏈，馬爾科夫的過(guò)程是研究系統(tǒng)的狀態(tài)及狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。由狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率組成馬氏鏈的轉(zhuǎn)移概率矩陣如下P=p式中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率滿足：pij≥0，j=1npij本文用馬爾科夫過(guò)程來(lái)求解殘差狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率，從而確定計(jì)算預(yù)測(cè)值時(shí)殘差的符號(hào)，這里確定3種狀態(tài)，殘差為零時(shí)狀態(tài)取為1，殘差為正時(shí)狀態(tài)取為2，殘差為負(fù)時(shí)狀態(tài)取為3，然后構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。第四章結(jié)論（1）灰色馬爾科夫鏈模型是一種結(jié)合灰色系統(tǒng)理論和馬爾科夫鏈的理論的預(yù)測(cè)模型，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的序列和殘差絕對(duì)值序列二次建立GM（1，1）預(yù)測(cè)模型，引進(jìn)馬爾科夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣建立了交通量預(yù)測(cè)模型。（2）當(dāng)預(yù)測(cè)長(zhǎng)期交通量時(shí)，可以根據(jù)已有的歷史數(shù)據(jù)，重新選取原始數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，然后重構(gòu)馬爾科夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，達(dá)到長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的目的。（3）結(jié)合某斷面的實(shí)際交通量數(shù)據(jù)，建立了其交通量預(yù)測(cè)模型，研究結(jié)果表明：與灰色GM（1，1）模型相比，相對(duì)誤差明顯減小，該模型在交通量預(yù)測(cè)精度上有了很大的改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]裴文杰.城市快速路交通運(yùn)行狀態(tài)分析[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，27（03）：38-40.[2]楊鵬史，劉永紅，黃玉婷，林曉芳，沙志仁.基于ES-VSP分布的交通狀態(tài)對(duì)公交車(chē)動(dòng)態(tài)排放的影響分析[J/OL].環(huán)境科學(xué)研究，：1-10（2017-08-21）.[3]黃艷國(guó)，宋二猛，鐘建新.城市區(qū)域路網(wǎng)交通狀態(tài)分析與評(píng)價(jià)方法[J/OL].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），：1-7（2017-06-26）.[4]劉擎超，蔡英鳳，江浩斌，何友國(guó)，陳龍.基于強(qiáng)空間集成的交通狀態(tài)判別方法[J/OL].計(jì)算機(jī)工程，：1-5（2017-06-15）.[5]舒采燾，張孜，袁飛.城市道路交通運(yùn)行狀態(tài)感知評(píng)價(jià)與管理應(yīng)用體系研究[J].信息化研究，2016，42（04）：1-7+13.[6]劉浩，杜倩云，張可，葛啟彬，李靜.基于視頻處理技術(shù)的路網(wǎng)交通運(yùn)行狀態(tài)模糊識(shí)別[J].公路，2016，61（02）：166-171.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