城市交通精细化建模与控制

智能交通系统集合了优选的自动控制、通信、智能计算技术，被认为是缓解交通拥堵、降低能源消耗、提高运输效率的有效途径。本书在智能交通系统的框架下，介绍了一些解决城市交通问题的技术成果和建设性方案。全书共5章，第1章围绕城市交通系统面临的突出问题，阐述了智能交通系统及其包含的交通控制技术的发展历程和现状；第2~5章介绍了基于智能交通系统所研究的相关技术和应用，包括交通数据分析填补和短时交通流预测、城市微观交通流排放优化控制、城市交通子区边界优化控制策略、城市交通溢流预防和控制策略等。本书可作为高等院校交通运输工程、控制科学与工程、系统工程等相关专业研究生和高年级本科生的教材，同时可以为智能交通、智慧城市、交通规划管理等领域的研究人员提供参考。

丛书序
前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.2研究背景和意义1
1.3智能交通系统发展1
1.4交通信号控制技术发展3
1.4.1交通信号控制的发展历史3
1.4.2典型交通信号控制系统4
1.4.3我国交通信号控制技术发展5
1.5城市交通溢流控制技术发展6
1.6城市交通排放控制技术发展7
1.6.1交通排放模型研究现状7
1.6.2交通排放控制研究现状7
1.7本章小结8
第2章交通数据分析填补与短时交通流预测9
2.1引言9
2.2交通数据时空性质分析13
2.2.1交通流数据13
2.2.2时空特性分析15
2.2.3非线性特征20
2.3基于时空特征的交通数据填补25
2.3.1问题定义25
2.3.2面向时空数据的神经网络26
2.3.3注意力机制32
2.3.4基于时空相关性的填补模型34
2.3.5实验分析38
2.4面向图结构的交通数据填补44
2.4.1图卷积神经网络45
2.4.2门控循环单元50
2.4.3图结构交通数据填补模型52
2.4.4实验分析56
2.5基于时空特征融合的短时交通流预测59
2.5.1短时交通流预测的时空特征分析59
2.5.2基于改进注意力机制的交通流预测61
2.5.3算法设计与实验分析68
2.6深度卷积门循环网络数据预测71
2.6.1数据集选择71
2.6.2基于门控循环单元的时间特征提取71
2.6.3基于3D卷积网络的时空特征提取73
2.6.4时空特征融合的交通流预测模型75
2.6.5实验分析78
2.7本章小结81
第3章城市微观交通流排放优化控制82
3.1引言82
3.2信控微观交通流模型研究84
3.2.1交通流控制概述84
3.2.2信控微观交通流模型87
3.2.3微观交通流排放模型90
3.3单路口信控排放优化93
3.3.1单路口交通流排放优化模型93
3.3.2单路口模拟退火信号灯配时优化94
3.3.3单路口经典遗传信号灯配时优化97
3.4主干线信控排放优化101
3.4.1主干线交通排放优化模型101
3.4.2改进的模拟退火遗传算法研究102
3.4.3主干线信号灯配时优化109
3.4.4实验分析111
3.5路网信控排放优化115
3.5.1VISSIM城市路网建立115
3.5.2路网交通排放优化模型116
3.5.3路网信号灯配时优化117
3.5.4实验分析117
3.6本章小结121
第4章城市交通子区边界优化控制策略123
4.1引言123
4.2城市路网子区划分126
4.2.1交通子区概述126
4.2.2交通子区划分方法128
4.2.3交通子区划分案例分析131
4.3城市路网MFD的拟合分析133
4.3.1MFD的基本特征133
4.3.2MFD的数学模型134
4.3.3MFD拟合的案例分析135
4.4非对称交通信号灯离散边界反馈控制策略139
4.4.1控制系统的状态方程及离散化方法139
4.4.2边界反馈控制系统设计142
4.4.3非对称交通信号控制143
4.4.4条件146
4.4.5实验分析148
4.5考虑车辆排队长度的子区边界控制策略150
4.5.1控制策略简述150
4.5.2交通子区的交通流模型152
4.5.3子区边界信号灯配时优化154
4.5.4实验分析160
4.6本章小结161
第5章城市交通溢流预防和控制策略162
5.1引言162
5.2交通溢流的形成和扩散机理164
5.2.1交通溢流概述164
5.2.2交通流理论168
5.2.3交通溢流传播范围预测171
5.3交通溢流预测方法176
5.3.1单子区反馈控制176
5.3.2相邻子区协调控制182
5.4交通溢流控制策略185
5.4.1交通事故的发生及处理185
5.4.2交通溢流车辆排队模型应用186
5.4.3交通溢流子区的溢流消散控制189
5.5交通溢流条件下的路径诱导算法189
5.5.1常用的路径选择算法介绍189
5.5.2交通溢流状态下的路径优化190
5.5.3交通流诱导子区路径选择195
5.6本章小结200
参考文献201
《交通与数据科学丛书》书目219