道路交通拥挤预测模型研究

崔艺林 韩阔 王硕

摘 要 基于导航软件的不足，我们对导航软件原有的预测时间的功能加以改进，有时在堵车的情况下，汽车的行驶速度是缓慢的，通过导航软件所测得的速度不准确，以致估计通过交通堵塞的时间很不准确，我们可以构建一个物理量，速度间距比，即速度与两车车头之间的距离。运用层次分析法对道路进行综合评价，计算得分利用聚类模型将道路通行状况分为5个等级，即非常拥堵、拥堵、一般、通畅、非常通畅，对道路通行状况进行合理评价，运用灰色预测模型根据历史的拥堵情况对未来进行预测[1]。

关键词 速度间距比;灰色预测;层次分析;聚类

1问题重述

目前随着人民生活水平的提高，车辆成为出门的必需品，人们都会驾车出行，在一定的时间段会造成高峰期，导致了目前经常出现的交通拥堵状况，在导航软件中，行程的估计是一个非常重要的功能，目前预测行程的软件都是根据安装在出租车上的GPS定位来判断道路的拥堵状况，但是往往不是在任何时候都适用。我们的问题是如何精确预测通过交通拥堵的时间？请收集数据，建立一个合理的模型来解决此问题[2]。

2问题分析

由于我们所要预测的是通过交通拥堵的时间，当交通拥堵的时候，必然会造成车与车之间的距离很近，车行驶的速度很慢，因为单独凭借车与车之间的距离或车的速度都不能够准确判断是否发生交通拥堵，所以预测的时间必定会有偏差，现在我们通过构建一个合适的物理量速度间距比，即速度与车与车之间距离的比值来判断是否发生堵车，我们可以把拥堵情况分为5大类也就是非常拥堵、拥堵、一般、通畅、非常通畅。并且通过以往通过交通拥堵的时间对未来进行合理的预测[3]。

3模型假设

（1）假设所取的数据具有普遍性。

（2）假设通过交通拥堵的时间与天气状况无关。

（3）假设通过交通拥堵的时间与一些道路的状况（车祸等原因）无关。

（4）符号说明

4模型的建立及求解

对于道路堵塞时的汽车速度分析，我们利用层次分析法对于造成车速缓慢的因素分离评估，找出影响道路堵塞时的汽车速度最主要的因素，以便于后续分析研究。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP）是对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法，它特别适用于那些难以完全定量分析的问题[4]。

层次分析法的基本原理与步骤

层次分析法为这类问题的决策和排序提供了一种新的、简洁而实用的建模方法。

运用层次分析法建模，大体上可按下面四个步骤进行：

（1）建立递阶层次结构模型;

（2）构造出各层次中的所有判断矩阵;

（3）层次单排序及一致性检验;

（4）层次总排序及一致性检驗。

下面分别说明这四个步骤的实现过程。

4.1 递阶层次结构的建立与特点

应用AHP分析决策问题时，首先要把问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型。这些层次可以分为三类：

（1）最高层：这一层次中只有一个元素，一般它是分析问题的预定目标或理想结果，因此也称为目标层。

（2）中间层：这一层次中包含了为实现目标所涉及的中间环节，它可以由若干

个层次组成，包括所需考虑的准则、子准则，因此也称为准则层。

（3）最底层：这一层次包括了为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等，

因此也称为措施层或方案层[5]。

当在正常行驶的情况下，通过计算速度间距比来判断拥挤时间，

K<0.3时道路处于非常拥堵状况，相对堵塞的时间也最长。

0.3

0.5

0.7

k>0.9时道路处于非常通畅状况，不会发生拥堵。

参考文献

[1] 林展熙，吴正，杨朝晖，等.基于上海延安高架录像资料的交通流实测研究[J].水动力学研究与进展A辑，2010，（5）：115-125.

[2] 刘建华.城市道路常发性交通拥挤扩散范围估计方法研究[D].长春：吉林大学，2007.

[3] 冯金巧.城市道路交通拥挤预测关键技术研究[D].长春：吉林大学，2008.

[4] 刘异.基于贝叶斯网络的城市道路拥挤概率预测研究[D].北京：北京交通大学，2015.

[5] 陈涛.基于系统科学理论的城市道路交通拥挤预测与控制模型研究[D].南京：东南大学，2005.