城市路網交通預測模型研究

【摘要】社會經濟快速發展造成的城市問題之一就是城市私家車數量急劇增加，基于傳統的城市交通管理模式不能很好應對日益復雜的交通環境狀況。城市交通擁堵、城市環境污染以及交通事故頻發，這些都在考驗著城市交通管理的底線。針對這種情況城市路網交通預測模式研究以及應用就具有十分重要的意義，本文針對此進行簡要論述。

【關鍵詞】城市路網 交通模型 研究

【基金項目】2013年海南省哲學社會科學規劃課題，編號：HNSK（2）13-17。

【中圖分類號】U491【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0235-02

城市交通準確預測能夠有效的改善交通路網狀況，為進一步促進城市交通道路的規劃與現實交通控制管理具有重要意義。近些年，相關領域的學者在不斷的研究關于城市路網交通預測模型問題，并對其預測模型的特性進行了充分的分析，針對這種特性建立了符合城市交通路網規劃與管理的策略。城市道路交通主要分為兩個方面：一是城市快速路網，一是城市主干道。道路網的主要特征是交通狀態數據是動態的、是隨機變化的，本文主要從綜合模型方面探討。

一、城市路網交通預測模型建立研究現狀分析

城市交通信息預測作為一種基于城市路網信息形成的對未來城市交通狀況的測定，其主要是通過對歷史的、現有的城市交通信息資源進行分析與計算，并對目標區域進行科學性預測。交通信息預測作為預測學科的分支同樣也其重要組成部分。總的來說，交通預測需要依據相關干道的動態信息作為依據，完成對交通流量以及平均速度等參數的計算來達到基本目的。

ATIS（自動終端情報服務Automatic Terminal Information System的簡稱ATIS或情報通播）以及ATMS（Advanced Traffic Management System先進的交通管理系統）兩種系統可以直接應用于城市交通的結果預測，這兩種系統能夠被應用于為交通管理者提供決策依據，也可以產生相應的出行信息提示。幫助優劃城市交通路徑以實現節約時間，緩解交通壓力的目的。總之，城市交通狀態屬于一個變化的動態過程，并且這個過程是一種實時的、非線性的、多維且非平穩的過程。并且，由于統計時間在實際操作過程中被縮短，交通狀態往往呈現出更多的隨機性以及不確定性。城市交通狀況在短時間內的變化表現出來的特性又是多時段狀態關系。而且交通信息狀況還要受到上下游路段的交通狀況以及氣候等諸多因素的影響。鑒于以上原因，城市交通預測建模具有以下五個方面的要求：

（一）路網交通預測建模應當具有準確性

交通模型的預測結果應當具有準確性，也就是需要滿足一定的精準性，才能更好的被利用，缺乏準確性的模型信息必然會造成誤導，這樣的預測毫無意義可言。

（二）路網交通預測建模的抗變換性

模型應當能適用于全天候不同時段的預測，并在此基礎上給予準確率較高且大體偏差小于規定范圍的預測結果。

（三）路網交通預測建模的實時性

城市路網交通預測建模與應用應當建立在道路動態信息變化的基礎上完成，只有這樣城市交通道路的預測信息才具有實際意義和參考價值，缺乏實時性的信息無法成為有用的信息資源，其價值更加隨著時間的更迭而無從談起。城市道路交通預測時間的重要性不言而喻。

（四）路網交通預測建模的動態反饋

預測模型是一種基于交通狀態的信息變換掌控，道路狀況出現異常時，預測模型也應當能夠進行調整并及時更新，并把相應信息及時反饋給信息接收都，使其對出行計劃及策略做出及時的調整，達到實時性。

（五）可移植

預測模型在時間上與空間上都能夠移植，只需要對模型內部的參數進行調整。預測模型要適應交通狀態的具體變化，道路狀態出現異常情況時，要能夠動態反饋到模型，并對模型的參數等可調節因素及時更新、調整。預測模型需要具備時間上和空間上的雙重可移植性，這需要通過調整模型的內部參數獲得。

二、城市路網交通預測組合模型

城市路網交通預測的組合模型建立，從功能上看應當具有對相關多種信息進行預測，這種組合式的預測模型相對于單體預測模型優勢明顯。其能夠實現高效率的預測，降低單體預測過程中對隨機環境因素造成的影響，并在此基礎上提升預測的精確度。組合模型預測形成的根本是組合預測的特質的綜合利用，也是基于數據挖掘的基礎上產生的。這種預測方法的先進性已經得到了世界各國城市路網交通預測方面專家的認可，相關專業的學者對其進行了大量的研究。其中，變結構組合模型預測方式得到了廣泛應用。從系統結構方面初發，變結構的組合預測具備三種方面的特點。首先，組合預測模型中組成要素種類結構變化，即參與組合的預測模型種類隨時間的變化。其次，是組合模型中組成要素數量結構的變化，即參與組合的預側模型數量隨時間而變化。最后，是組合模型中各要素之間的比例結構的變化，即各參與組合模型的權重隨時間而變化。

其中，wi代表模型 i 的權重，wi（t）相當于前面通式中的 gi（t）。

這樣的線控配時方案在實施之初，應當實地驗證方案的效果；在實施之后，還應當定期實地驗證，即檢測車輛平均延誤、排隊長度等項交通指標。若發現效果不夠理想，應根據現場重新調查的各項交通數據（即平均車速、干道與支路上的交通流量與流向等）重新計算配時方案，及時調整配時設計。

三、模型評價

該模型表達了流量速度密度在路網空間中隨時間變化的數量化關系，只要路段流量和速度連續可觀，就可求出路段新增加的流量、鄰接路段間流量轉移系數以及路網總流量，只要樣本足夠，總可找出增加的流量、流量轉移系數、路網總流量的變化規律或概率分布，從而通過該模型算出某一時刻路段的流量，即預測出變化規律，再用該預測流量與該路段最大通行量對比就可判斷擁塞。模型中由于邊界條件并無特殊規定，故一般來說，路網邊界可以定出相應邊界方程即可，這就意味著我們可以將一個復雜的路網細分為若干個較小的子網，子網之間的連接占滿足邊界方程，從而極大地方便了我們對復雜路網的模擬和分析。所得到的路網總流量也很有意義，它投映了路網的總體負載和效率，并以一定的分布存在于各路段，由于它是時間的變量，反映了路網各時間點的總流量，對評價和規劃路網極有意義。如果我們將路網劃分為若干子網，求出各子網的總流量，顯然有利于我們對關鍵子網的分析和評價。如果我們進一步將各子網看作一個流量點來分析路內各組團的時間流量關系，則不但對路網區域評價，就是對城市規劃也極有意義。總之，該構型是一組較完整的路網流量動態模型，使用方便、靈活，可用于路網模擬、流量預測、路網評價與規劃等。

綜上所述，本文主要針對路網交通當中的隨機交通狀況進行分析，并以此作為交通預測的基本信息源。綜合分析高速公路網以及城市主干道網路兩種交通狀況的數據結果發現，基于時間以及空間的預測模型建立十分有效。本文通過對預測方法的改良，具體考察綜合模型交通狀態預測效果與應用。

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