本文關鍵詞：基于云計算平臺的交通信號預測控制

  更多相關文章： 交通信號 預測控制 云計算 元胞自動機 遺傳算法

【摘要】：隨著城市的發(fā)展和人們生活水平的提高,汽車保有量不斷增長,導致城市道路交通系統(tǒng)的壓力越來越大,隨之而來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染頻頻出現(xiàn),這些現(xiàn)象已經嚴重影響了人們的出行效率和生活質量。交通擁堵是道路容量無法滿足交通需求,而又得不到及時處理的結果。隨著交通需求的不斷增長,當交通需求增長到一定程度,道路容量不能滿足其需求,在交叉口最容易發(fā)生交通擁堵,并可能向周圍傳播或者蔓延,形成“多米諾”效應,這也是大范圍交通擁堵產生的原因�？茖W合理的設計交叉口信號配時,可以有效的加大交叉口通行量,從而避免擁堵的發(fā)生。當然,對于一個交叉口的控制是不夠的,整個區(qū)域路網的協(xié)調控制才能保證路網中交通順暢。因此,研究區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)具有重要的意義。在區(qū)域交通信號控制的研究中,本文根據預測控制理論的相關思想提出了基于非解析模型的交通信號控制策略,并對其優(yōu)化模型進行求解,這些環(huán)節(jié)都離不開數(shù)據信息的高效處理。云計算自誕生之日起,便受到了各個領域研究學者的高度關注,云計算的快速提供服務能力、快速處理能力、彈性計算能力,為其在交通信息處理領域的發(fā)展提供了契機。因此,運用云計算技術對海量的交通數(shù)據進行智能分析與處理,并在此基礎上研究基于云計算平臺的交通信號預測控制系統(tǒng),可以為治理交通擁堵問題提供理論依據和技術支撐,為云計算在交通領域的發(fā)展與應用提供參考。論文完成的主要任務如下：首先,基于對預測控制機理的研究,在已有的元胞自動機理論的基礎上建立了交通流仿真模型,建立了一種交通信號預測控制策略。根據對區(qū)域中交通流的研究,建立了信號優(yōu)化控制模型。其次,搭建Hadoop云計算平臺,同時基于MapReduce編程模型,在此平臺上實現(xiàn)并行遺傳算法,對優(yōu)化模型進行求解,即對區(qū)域中的信號燈控制參數(shù)進行同步優(yōu)化,以獲得最佳的信號配時方案。通過區(qū)域中各路口信號燈的協(xié)調控制,確保了系統(tǒng)的性能指標最優(yōu)。本文給出了建立模型的詳細步驟以及并行遺傳算法實現(xiàn)的流程。在C++Builder和Java環(huán)境下進行編程,其主要功能包括模擬路網中車輛的運行、交叉口信號配時的優(yōu)化和算法的實施。針對所設計的4個路口的路網,以區(qū)域中等待放行的車輛總數(shù)最少為目標函數(shù)進行仿真,證實了交通信號預測控制能有效提高路網的通行能力。通過多次仿真,比較信號預測控制策略與定時控制策略,證實了基于預測控制的交通信號控制的優(yōu)越性。本文利用云計算平臺,建立交通仿真,基本上實現(xiàn)了仿真技術和優(yōu)化技術、預測控制和交通信號控制的有機結合,并得到了預期的結果,最后給出了今后的研究方向。
【關鍵詞】：交通信號 預測控制 云計算 元胞自動機 遺傳算法
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U495
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 研究背景及目的12-13
• 1.2 交通信號控制的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀14
• 1.3 計算的研究現(xiàn)狀與需求分析14-17
• 1.3.1 國內外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 智能交通系統(tǒng)的云需求分析16-17
• 1.4 論文的研究內容及組織結構17-20
• 2 交通流預測控制20-34
• 2.1 預測控制的基本原理20-23
• 2.2 交通信號預測控制原理23-24
• 2.3 基于元胞自動機的交通流仿真預測24-25
• 2.3.1 元胞自動機的基本原理24-25
• 2.3.2 元胞自動機在交通領域的應用25
• 2.4 元胞自動機交通流建模25-27
• 2.4.1 車輛前進子模型25-26
• 2.4.2 車輛換道子模型26-27
• 2.4.3 車輛轉彎子模型27
• 2.5 仿真與分析27-32
• 2.6 本章小結32-34
• 3 區(qū)域交通信號預測控制34-46
• 3.1 區(qū)域交通信號控制的基本概念34-44
• 3.1.1 區(qū)域協(xié)調控制分析36-38
• 3.1.2 目標函數(shù)的建立38-43
• 3.1.3 約束條件43-44
• 3.2 本章小結44-46
• 4 基于云計算的模型求解46-72
• 4.1 計算概述46-48
• 4.2 Hadoop簡介及實驗環(huán)境的搭建48-55
• 4.2.1 Hadoop48
• 4.2.2 HDFS架構48-50
• 4.2.3 MapReduce框架詳解50-51
• 4.2.4 Hadoop實驗環(huán)境搭建51-55
• 4.3 遺傳算法的并行化55-63
• 4.3.1 遺傳算法的基本原理55-57
• 4.3.2 遺傳算法的并行化分析57-59
• 4.3.3 遺傳算法在Hadoop平臺上的并行實現(xiàn)59-63
• 4.4 基于MapReduce的并行遺傳算法求解信號控制模型63-70
• 4.4.1 編碼與解碼63-64
• 4.4.2 適應度函數(shù)64-65
• 4.4.3 選擇算子65
• 4.4.4 交叉算子65-66
• 4.4.5 變異算子66
• 4.4.6 并行遺傳算法對模型求解的具體步驟66-70
• 4.5 本章小結70-72
• 5 仿真及結果分析72-82
• 5.1 區(qū)域交通信號控制仿真72-75
• 5.2 仿真結果分析75-81
• 5.2.1 信號預測控制策略和定時控制策略對比分析76-78
• 5.2.2 比較單機遺傳算法與云計算遺傳算法78-81
• 5.3 本章小結81-82
• 6 總結與展望82-84
• 6.1 論文總結82
• 6.2 研究展望82-84
• 參考文獻84-88
• 作者簡歷88-92
• 學位論文數(shù)據集92

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 王巖;;交通信號倒計時裝置國內外應用現(xiàn)狀及思考[J];中國新技術新產品;2008年18期

2 顏建全;為什么交通信號用紅黃綠三色?[J];福建農業(yè);1996年04期

3 魯陽;;話說交通信號[J];老年教育(長者家園);2013年02期

4 張銘續(xù);交通信號不可以“藍”代“綠”[J];世界標準化與質量管理;2000年06期

5 劉煥成,劉智勇,尹征琦,朱勁;交通信號聲訊器及模糊技術的應用[J];五邑大學學報(自然科學版);2001年03期

6 劉怡光,游志勝,曹麗萍;交通信號的一種控制模型研究[J];四川大學學報(自然科學版);2002年06期

7 王學堂;城市交通信號整體優(yōu)化理論的概念與方法[J];長安大學學報(自然科學版);2002年05期

8 歐偉民;交通信號智能控制器[J];機電一體化;2002年01期

9 王文濤;美國的城市交通信號管理[J];現(xiàn)代交通管理;2003年01期

10 邸志堅;;交通信號的組成[J];建筑工人;2006年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前10條

1 吳寶寧;屈更生;楊少飛;;合理設置交通信號科學節(jié)能共建和諧社會[A];“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”高層論壇論文集[C];2007年

2 戴文濤;章友俊;;市政工程中的交通信號(監(jiān)控)工程設計[A];中國電工技術學會水工業(yè)電工專委會第一屆第二次年會暨技術交流會論文集[C];2001年

3 劉智勇;馬鳳偉;;城市交通信號的在線強化學習控制[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

4 項俊平;陳宗海;;基于灰色定性理論的交通信號自適應控制模型[A];Proceedings of 14th Chinese Conference on System Simulation Technology & Application(CCSSTA’2012)[C];2012年

5 張磊;李翼;鎖延鋒;;軌道交通信號系統(tǒng)的等保測評方法研究[A];第二屆全國信息安全等級保護測評體系建設會議論文集[C];2012年

6 劉廣萍;裴玉龍;馮巖;;城市干道交通信號優(yōu)化控制方案研究[A];第七次城市道路與交通工程學術會議論文集[C];2002年

7 李建斌;高成修;;城市道路網絡多交叉路口交通信號實時優(yōu)化控制模型與算法[A];中國運籌學會第七屆學術交流會論文集（下卷）[C];2004年

8 王軍華;;LED交通信號產品光、色、電參數(shù)的測量[A];走近CIE 26th——中國照明學會（2005）學術年會論文集[C];2005年

9 陳大農;魏然;田歌;蘇鑫;;過渡信號與駕駛安全[A];第八屆中國智能交通年會優(yōu)秀論文集——智能交通與安全[C];2013年

10 李強偉;;交叉口交通信號的可變相序策略[A];第六屆全國信息獲取與處理學術會議論文集（3）[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據庫 前10條

1 陳瑩石 張公輝 孫乃棟;“村村通”不能忽視交通信號“空白”[N];新華日報;2006年

2 陳鐫娟;交通信號試行“串聯(lián)”管控[N];廈門日報;2007年

3 通訊員 寧建新;交通信號“智能升級”二期正在籌建[N];南京日報;2010年

4 李文杰;樹立規(guī)則意識 遵守交通信號[N];蘭州日報;2012年

5 本報記者 范勝利;交通信號有待改進[N];華夏時報;2005年

6 記者 李國 實習生 張劍超;重慶部分交通信號設置遭質疑[N];工人日報;2013年

7 記者 劉鵬飛;我市城區(qū)將新增6處交通信號指示燈[N];郴州日報;2008年

8 楊紅兵;遵守交通信號是對生命權的保護與尊重[N];中國消費者報;2012年

9 陸文軍;軌道交通信號系統(tǒng)擁有“中國心”[N];商務時報;2008年

10 本報記者 何可寒 通訊員 蘇華 謝崇華;遵守交通信號，，文明禮讓迎奧運[N];法治快報;2008年

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前6條

1 楊東霞;基于物理排隊的城市動態(tài)交通信號優(yōu)化控制研究[D];長安大學;2011年

2 于萬霞;基于流量預測的城市單交叉路口多相位交通信號的控制技術[D];河北工業(yè)大學;2008年

3 臧利林;城市交通信號優(yōu)化控制算法研究[D];山東大學;2007年

4 郭海鋒;局部擁擠條件下城市道路交通信號控制方法研究[D];吉林大學;2008年

5 黃輝先;城市交通信號優(yōu)化控制方法的研究[D];西北工業(yè)大學;2000年

6 葉寶林;城市路網交通信號協(xié)調控制理論與方法研究[D];浙江大學;2015年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 王新;基于強化學習的自適應城市交通信號控制方法研究[D];浙江師范大學;2015年

2 徐輝;聯(lián)網聯(lián)控交通信號遠程控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學;2014年

3 穆元杰;車路協(xié)同下交通信號無線發(fā)送系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學;2014年

4 崔琳娜;基于Agent的自適應交通信號協(xié)同控制方法研究[D];廈門理工學院;2015年

5 常新;基于云計算平臺的交通信號預測控制[D];北京交通大學;2016年

6 張晶;交通信號系統(tǒng)對交通環(huán)境影響的系統(tǒng)分析[D];北京交通大學;2007年

7 黃伯清;城市交通信號協(xié)調控制仿真及應用研究[D];湘潭大學;2010年

8 張瑩;自適應交通信號調度算法的建模、設計與實現(xiàn)[D];昆明理工大學;2012年

9 許釗;城市交通信號智能控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];華北電力大學（北京）;2009年

10 于晨牧;基于時序規(guī)劃的交通信號區(qū)域協(xié)調控制方法研究[D];東北師范大學;2009年

本文編號：764382