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《北京交通大学》 2011年
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交通流的非线性分析、预测和控制

张勇  
【摘要】:交通流中的非线性特征是近年来兴起的一个研究方向,其研究目地在于揭示交通流系统的各种非线性特征背后的形成机制,然后加以预测和控制。研究对象主要分为2类:一类是各种交通流模型,另一类是实际的交通流时间序列。本文以交通流的非线性分析、预测和控制为研究内容,重点进行了以下的研究: (1)对宏观和微观的交通流时间序列进行非线性检验,检验方法有递归图、替代数据法、CLY方法和功率潜,检验结果表示宏观和微观交通流均具有周期性和随机性,均表现出混沌特征。 (2)从三个方面分析微观交通流时序的非线性特征。第一:采用提出的基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)计算时间序列Lyapunov指数谱的方法分析了交通流的混沌和超混沌特征,计算结果表示交通流在拥挤状态下出现超混沌。第二:提出通过速度时间序列的算法复杂度估计系统周期性成分的比率,通过速度变化率序列的近似熵估计系统在结构变化上的复杂性。计算结果表明不同的复杂度值对应交通流的不同状态。第三:改进了hurst指数和多重分形谱的计算方法,然后采用hurst指数和多重分形谱分析不同状态下交通流序列的分形结构特征,结果表明交通流在不同状态下的分形特征量值存在差异,因此具有不同的分形结构。 (3)对交通流预测的研究包括:一、提出一种改进的基于最大Lyapunov指数的混沌时序预测方法。该方法选取了相空间中的多个邻近重构向量来提高预测精度,给出了计算步骤。对理论混沌序列预测的结果表明改进方法要优于原方法,讨论了噪声和邻近参考点数对预测结果的影响,并将该方法应用到了对交通流的预测当中。二,提出了基于最大Lyapunov指数的多变量混沌时间序列的预测方法。给出了算法步骤,并讨论了噪声、邻近参考点数和预测步长对预测效果的影响。对理论混沌序列预测的结果表明了提出方法的有效性,并将该方法应用到了对交通流的多变量预测当中。三,提出了一种预测交通流量的动态组合建模方法。该方法将流量时间序列分解成周期项、趋势项、混沌扰动项,采用季节性指数平滑法预测周期项和趋势项之和,计算时分别取周期为一天和一周,用带遗忘因子的递推最小二乘法确定权重,采用混沌预测的邻域法预测混沌项。仿真结果表明了该方法的合理性和有效性。 (4)依据变结构控制理论,通过设计速度控制器使得交通流趋于稳定和有序。提出了三种控制方法:连续宏观交通流模型的近似变结构控制;基于离散趋近律的离散交通流模型的变结构控制:基于离散趋近律的离散交通流模型的预测变结构控制。给出了算法步骤并进行了仿真实验,仿真结果表明提出的方法能够将交通流密度稳定在一定范围内。通过改变换道率实现车流在车道上的分配。 图69幅,表14个,参考文献176篇。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U491.112

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【引证文献】
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1 任沙沙;庞明宝;王彦虎;陈培;;基于减法聚类的高速公路主线可变速度FNN混沌控制[J];公路交通科技;2012年07期
【参考文献】
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【共引文献】
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6 陆渝;崔贯勋;陆胜;;城市智能交通终端系统的设计和实现[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 杨林;樊立萍;;基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 刘润杰;申金媛;张端金;穆维新;;下一代网络信令流量的混沌预测[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 刘现明;高存臣;;基于观测器的时变时滞离散系统的变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 杨莉;基于可持续发展的我国电源结构优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 于志明;无线通信系统中的信号识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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8 赵金宪;复杂系统脆性理论在煤矿生产系统脆性风险评价中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 万九文;国际原油海运运费市场波动特征研究[D];大连海事大学;2010年
10 倪丽萍;基于分形技术的金融数据分析方法研究[D];合肥工业大学;2010年
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1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 孙丽娟;基于煤矿瓦斯监测数据的煤与瓦斯突出预警技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 高一丹;城市道路交通网络拥堵评价体系的构建[D];山东科技大学;2010年
4 曹永超;超混沌系统的生成及同步控制研究[D];山东科技大学;2010年
5 张莉;n-GaAs中的混沌研究[D];长春理工大学;2010年
6 何凤平;迟滞系统的滑模变结构控制算法研究[D];浙江理工大学;2010年
7 全书鹏;智能交通中车流量预测与路径优化技术的研究[D];郑州大学;2010年
8 李娅;基于混沌理论的电力谐波检测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张杰;近水面作业的机器人综合减摇机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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1 戴世强,冯苏苇,顾国庆;交通流动力学:它的内容、方法和意义[J];自然杂志;1997年04期
2 毛保华,杨肇夏,陈海波;道路交通仿真技术与系统研究[J];北方交通大学学报;2002年05期
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4 杨少辉;马林;陈莎;;对我国城市交通控制理论研究的思考[A];2008第四届中国智能交通年会论文集[C];2008年
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10 赵慧;于雷;耿彦斌;;国内外实时交通流数据质量控制比较与分析[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(上册)[C];2005年
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1 本报记者 冯海波;墙内开花,内外飘香[N];广东科技报;2009年
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4 陈晓冬;基于交通流理论的高速公路安全预警系统关键技术研究[D];吉林大学;2011年
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8 孙晓燕;交通流复杂动态特性的元胞自动机模型研究[D];中国科学技术大学;2010年
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1 金鑫君;基于多因素影响的高速公路安全行驶速度研究[D];重庆交通大学;2010年
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8 张敬磊;基于数据挖掘的交通流状态辨识算法研究[D];山东理工大学;2006年
9 路伟;车辆通信网络在动态交通流中的性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 黄宇;基于排队论的公交进站影响分析[D];北京交通大学;2010年
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