交通系統的穩定狀態判別及可預測性研究

王霄維 王菁 劉雪

摘 要：論文總體回顧了近些年來國內外交通系統的研究和發展，對當今存在的交通擁堵問題進行了分析，通過分析交通系統的穩定性進而評判交通系統的穩定性。本文通過建立交通系統穩定性評判模糊模型對交通系統穩定性進行評判，并且建立控制理論和時空交通預測模型對交通系統進行預測。獲得具有時效性的數據為決策者提供依據。

關鍵詞：模糊模型 控制理論 交通系統穩定性

中圖分類號：U461.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（a）-0035-02

針對交通系統中存在的各種問題，通過交通中各種因 素之間的聯系以及國內外的研究現狀，以基礎數據為基 礎，通過對交通系統的動態穩定性的判別以及預測，對交 通系統進行進一步了解和深入。由于交通系統各部之間沒 有一個明確的界限，即各個部分之間的聯系是模糊不確 定的，而模糊理論正是基于各種模糊狀態，劃分不同的層 次，進行有效性及實用性的分析。本文通過模糊層次分析 法對復雜系統進交通系統的判別是根據交通中的關鍵參 數（交通量、速度、交通密度）結合模糊數學的理論，確定交 通狀態的聚類中心矩陣、確定實時交通信息的與聚類中心 矩陣的隸屬關系，確定評判矩陣三步建立交通系統判別 模糊模型。根據交通流向的時空關系將預測交通流數據 與實測交通流數據的差值作為偏差的動態反饋，在根據控 制理論中的輸入與輸出，把交通系統的各項參數、數據作 為輸入，建立控制理論與時空關系的交通狀態預測模型。

1 交通系統穩定性評判及模型

交通系統是一個復雜的巨系統，其中的關聯因素各不 相同且隨著時間的變化而變化，具有不定性，如何準確把 握交通系統的實時狀態對于控制和管理交通系統具有重 要的作用。交通系統狀態的是否穩定影響著交通的正常 運行，只有合理的分析和判斷出交通系統現有的狀態才能給決策者提供可靠的數據使其做出正確措施，有真對性的解決交通問題。本篇文章基于模糊理論基礎建立了交通系統穩定性判別的模糊模型，通過判斷交通的4種狀態（暢通、非擁擠、擁擠、堵塞）來判斷系統的穩定性，其中 暢通與非擁擠對應穩定狀態，擁擠對應于非穩定狀態，堵 塞對應與崩潰狀態。同時該模型也可結合交通流預測模型 實行交通實時狀態的預測和判別。

（1）交通系統穩定性判別的模糊模型建立，首先對交通 系統中的各項數據和參數進行聚類分析，利用FCM算法確 定最優的模糊分類矩陣與中心，其步驟如下。

①確定聚類中心數2≤c≤n，n為數據樣本總數，根據有關規定取c=3。然后設置迭代停止閥值，初始化聚類原型式 p（0），則迭代計算數α=0°。

②更新劃分矩陣U（α）。

如果按以上步驟計算得則運算停止，并輸出U和P；如果不成立，則返回（2）繼續進行迭代計算，一次類推，直到滿足。滿足這一分析的聚類原型P即為聚類中心矩陣。

（2）根據模糊綜合評判的運算原理建立交通系統穩定 性綜合判別的模型，具體步驟如下。

①評判因素賦權：對交通量（q）、車速（v）、時間占有率（R）、交通密度（k）這幾個主要參數分別賦予不同的權值，。由于每個交通參數參數所描述的交通狀態各不相同，即在賦權時可以不平均分配，通過有關專家的建議和通過調查、查找資料運用層次分析方法對其中的四個主要的交通參數的權重進行分別賦值，并且滿足。

②確定聚類中心矩陣與構造隸屬度函數：根據上述獲取的交通狀態的模糊聚類分析聚類中心來確定交通參數的交通穩定性狀態的隸屬度函數.根據上述所得的聚類中心作為判別閾值建立隸屬度函數獲得隸屬度矩陣，用于計算交通參數與隸屬度的函數關系。根據隸屬度函數確定的方法（模糊統計，例證，經驗法）與隸屬度函數（三角形，半三角形，梯形，矩形，鐘型，S型）結合交通狀態的線性變化，本篇文章采用梯形與三角形函數進行表示，利用聚類中心構造交通量（q）、車速（v）、時間占有率（R）、交通密度（k）的隸屬函數。

③綜合評判矩陣的建立及交通穩定性判別。

根據假定的模糊綜合評判矩陣的判斷集，結合交通穩定性狀態的參數，選擇的判斷集可以為{暢通，非擁擠，擁擠，擁堵}，則綜合評判矩陣為：

該綜合評判矩陣與最大隸屬度原則相結合，并與相應的評判集相對應，由此判別交通的狀態，進而對交通系統的穩定性進行判別。

根據歷史數據進行線性擬合得βi，βi是根據各個觀測點對預測點的影響產生的影響因子，且，據此建立時空關系模型：

據此基于控制理論與交通的時空關系預測算法結合實測的交通流數據對交通流的信息做出預測進而判別交通系統的狀態。

2 結語

本篇文章分析了交通系統所存在的各種狀態，對交通系統中的暢通、非擁擠、擁擠、堵塞有了更深一步的認識。通過建立交通系統穩定性判別模型，更能準確把握交通系統的實時動態，做出有針對性的方案。而對交通狀態的預測則是通過對交通流的預測，再結合交通狀態評判模型對交通狀態實行的實時預測，這和單一的交通系統狀態評判相比更具有其參考價值對于改善道路的情況。

參考文獻

[1] 高為炳，霍偉.控制理論的發展與現狀[J].控制理論與應用，1994（2）：11-12.

[2] 高自友.復雜網絡理論與城市交通系統復雜問題的相關研究[J].交通運輸系統工程與信息，2006（6）：6-9.

[3] 楊兆生，張茂磊.基于模糊綜合評判的道路交通狀態分析模型[J].公路交通科技，2010，9（20）：70-73.

[4] 戴紅.基于模糊模式識別的城市道路交通狀態監測算法[J].吉林工程技術師范學院學報，2005，3（21）：70-23.