一種基于模型預(yù)測的城市交通魯棒控制系統(tǒng)

隨著我國城市機(jī)動車保有量的迅猛提高，城市交通擁堵日益嚴(yán)重，同時伴生高能耗、高排放等多種負(fù)面影響，已引起了社會各界的廣泛關(guān)注。城市交通控制系統(tǒng)是應(yīng)對城市交通擁堵問題的有效手段之一。為了適應(yīng)城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，整合多種控制手段、實現(xiàn)主動控制的城市交通控制系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要趨勢。據(jù)此，本項目從城市交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、交通流均值預(yù)測、交通流不確定性預(yù)測與分布分析、城市交通網(wǎng)絡(luò)信號控制四個方面對城市交通控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先，在城市交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理方面，分別定義了射頻識別（RFID）數(shù)據(jù)的錯誤、缺失及冗余三類異常數(shù)據(jù)，分析了錯誤數(shù)據(jù)、缺失數(shù)據(jù)及冗余數(shù)據(jù)的特征，建立了錯誤數(shù)據(jù)、缺失數(shù)據(jù)的識別及修正方法，研究了出行時間數(shù)據(jù)的時間覆蓋率特征。其次，在交通流均值預(yù)測方面，基于有效數(shù)據(jù)集，將K近鄰算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論與交通流預(yù)測的SARIMA模型相結(jié)合，構(gòu)建了短時交通流混合預(yù)測模型，并研究了不同時間匯集度對預(yù)測模型精度的影響。再次，在交通流不確定性預(yù)測與分布分析方面，基于交通流均值預(yù)測及實際流量分布，獲取了交通流預(yù)測殘差，分析了不同時間匯集度下的殘差特征，發(fā)現(xiàn)了交通流預(yù)測殘差的“尖峰厚尾”特性，推翻了傳統(tǒng)的交通流殘差正態(tài)性假設(shè)，并基于最優(yōu)擬合分布對交通流的不確定性進(jìn)行了預(yù)測；應(yīng)用多種分布模型，分析了城市交通系統(tǒng)中出行時間的分布特征，給出了最優(yōu)擬合分布。最后，在城市交通網(wǎng)絡(luò)信號控制方面，以城市交通網(wǎng)絡(luò)的交通分配和信號控制為對象，借助博弈論、模糊理論等方法，對用戶均衡、系統(tǒng)均衡條件下的區(qū)域交通信號控制進(jìn)行了研究，構(gòu)建了多種區(qū)域信號協(xié)調(diào)耦合優(yōu)化模型。綜上所述，本項目從交通數(shù)據(jù)處理、交通流均值預(yù)測、交通流不確定性預(yù)測、信號控制與誘導(dǎo)耦合優(yōu)化等方面，形成了一套完整的城市交通控制系統(tǒng)理論模型，對提升交通運(yùn)行效率、改善交通運(yùn)行狀況有著積極的作用，可為城市交通規(guī)劃、管理措施的制定提供參考。

隨著我國城市機(jī)動車保有量的迅猛提高，城市交通擁堵日益嚴(yán)重，同時伴生高能耗、高排放等多種負(fù)面影響，已引起了社會各界的廣泛關(guān)注。城市交通控制系統(tǒng)是應(yīng)對城市交通擁堵問題的有效手段之一。為了適應(yīng)城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，整合多種控制手段、實現(xiàn)主動和魯棒控制的城市交通控制系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要趨勢。針對該要求，本項目以城市交通控制系統(tǒng)為研究對象，應(yīng)用元胞傳輸模型構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)交通流模型，應(yīng)用統(tǒng)計分析及數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，揭示城市交通需求矩陣的隨機(jī)分布特征，闡明交通信號控制和動態(tài)交通分配之間的相互作用機(jī)理，建立雙層耦合優(yōu)化模型和整體求解方法，并采用模型預(yù)測控制方法建立基于模型預(yù)測的城市交通魯棒控制系統(tǒng)模型。在建立控制系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用滾動時域法建立原型系統(tǒng)，并采用實際交通檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析和驗證。本項目的研究將有助于建立有效的城市交通控制系統(tǒng)，理論和實際意義顯著，應(yīng)用前景廣泛。

電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)基于Java技術(shù)的電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)

研究的電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)以電網(wǎng)污閃預(yù)測數(shù)學(xué)模型為核心，采用Java技術(shù)與Oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)Java軟件包，能夠與電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)服務(wù)程序和大型數(shù)據(jù)庫的無縫鏈接。在污閃預(yù)測理論研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了污閃預(yù)測的實用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。

電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)用Java技術(shù)是基于其技術(shù)的主導(dǎo)地位及其優(yōu)秀的應(yīng)用性能。Java是一種跨平臺，適合于分布式計算環(huán)境的面向?qū)ο缶幊陶Z言。

其主要特點有:

(1)簡單、面向?qū)ο蠛蛻?yīng)用廣泛。Java的簡單首先體現(xiàn)在精簡的系統(tǒng)上，力圖用最小的系統(tǒng)實現(xiàn)足夠多的功能;對硬件的要求不高，在小型的計算機(jī)上便可以良好的運(yùn)行。和所有的新一代的程序設(shè)計語言一樣，Java也采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)并更加徹底，所有的Java程序均是對象，封裝性實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏，繼承性實現(xiàn)了代碼的復(fù)用，用戶可以建立自己的類庫。而且Java采用的是相對簡單的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，去掉了運(yùn)算符重載、多繼承的復(fù)雜概念，而采用了單一繼承、類強(qiáng)制轉(zhuǎn)換、多線程、引用(非指針)等方式，無用內(nèi)存自動回收機(jī)制也使得程序員不必費(fèi)心管理內(nèi)存，是程序設(shè)計更加簡單，同時大大減少了出錯的可能。Java語言采用了C語言中的大部分語法，熟悉C語言的程序員會發(fā)現(xiàn)Java語言在語法上與C語言極其相似。

(2)魯棒性和安全性。Java語言在編譯及運(yùn)行程序時，都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。作為一種強(qiáng)制類型語言，Java在編譯和連接時都進(jìn)行大量的類型檢查，防止不匹配問題的發(fā)生。如果引用一個非法類型、或執(zhí)行一個非法類型操作，Java將在解釋時指出該錯誤。在Java程序中不能采用地址計算的方法通過指針訪問內(nèi)存單元，大大減少了錯誤發(fā)生的可能性;而且Java的數(shù)組并非用指針實現(xiàn)，這樣就可以在檢查中避免數(shù)組越界的發(fā)生。無用內(nèi)存自動回收機(jī)制也增加了Java的魯棒性。作為網(wǎng)絡(luò)語言，Java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。Java在運(yùn)行應(yīng)用程序時，嚴(yán)格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權(quán)限，比如不允許網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計算機(jī)中的字節(jié)代碼在其被執(zhí)行前要經(jīng)過一個核實工具，一旦字節(jié)代碼被核實，便由Java解釋器來執(zhí)行，該解釋器通過阻止對內(nèi)存的直接訪問來進(jìn)一步提高Java的安全性。同時Java極高的魯棒性也增強(qiáng)了Java的安全性。

(3)結(jié)構(gòu)中立且可移植。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上充滿了各種不同類型的機(jī)器和操作系統(tǒng)，為使Java程序能在網(wǎng)絡(luò)的任何地方運(yùn)行，Java編譯器編譯生成了與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的字節(jié)碼結(jié)構(gòu)文件格式。任何種類的計算機(jī)，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有Java運(yùn)行時環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計算機(jī)上運(yùn)行。即使是在單一系統(tǒng)的計算機(jī)上，結(jié)構(gòu)中立也有非常大的作用。隨著處理器結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展變化，程序員不得不編寫各種版本的程序以在不同的處理器上運(yùn)行，這使得開發(fā)出能夠在所有平臺上工作的軟件集合是不可能的。而使用Java將使同一版本的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在所有的平臺上。體系結(jié)構(gòu)的中立也使得Java系統(tǒng)具有可移植性。Java運(yùn)行時系統(tǒng)可以移植到不同的處理器和操作系統(tǒng)上，Java的編譯器是由Java語言實現(xiàn)的，解釋器是由Java語言和標(biāo)準(zhǔn)C語言實現(xiàn)的，因此可以較為方便的進(jìn)行移植工作。

電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件

應(yīng)用Java編程語言，將污閃預(yù)測模型轉(zhuǎn)化為污閃預(yù)測應(yīng)用軟件。污閃預(yù)測系統(tǒng)軟件是電網(wǎng)綜合防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的分系統(tǒng)軟件，也可獨(dú)立運(yùn)行。

污閃預(yù)測應(yīng)用軟件的主要功能有:自動從氣象預(yù)報數(shù)據(jù)庫中提取氣象預(yù)報信息，并將氣象預(yù)報信息進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換為污閃預(yù)測模型能夠使用的數(shù)據(jù)類型;根據(jù)氣象預(yù)報數(shù)據(jù)對等值鹽密、污閃電壓做出預(yù)測;對污閃等級做出分級預(yù)警;將等值鹽密、污閃電壓及污閃分級預(yù)報信息存儲到污閃數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)系統(tǒng)要求將相關(guān)信息在防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)中發(fā)布;能夠根據(jù)新的氣象記錄信息自動完成數(shù)學(xué)模型的不斷優(yōu)化和修正。

污閃預(yù)測軟件包括:等值鹽密預(yù)測軟件包、污閃臨界電壓預(yù)測軟件包及污閃分級預(yù)警分析軟件包、數(shù)據(jù)庫接入軟件包及其它外圍服務(wù)軟件包組成。這些功能軟件包按照功能和相互之間關(guān)系分別封裝不同的類(Class )中。

污閃預(yù)測軟件的完成形式為一個按一定命名規(guī)則封裝好的帶有程序包入口的Java服務(wù)程序包，污閃預(yù)測軟件按防災(zāi)減災(zāi)綜合服務(wù)程序要求，與其它分系統(tǒng)功能的應(yīng)用軟件包一起被封裝在防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的綜合服務(wù)程序內(nèi)。

污閃預(yù)測軟件的一個重要組成部分是Oracle數(shù)據(jù)庫訪問軟件包。在完成污閃預(yù)測軟件的同時，根據(jù)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)功能的要求，還需要同時建立污閃預(yù)測數(shù)據(jù)相關(guān)的Oracle數(shù)據(jù)庫。

電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)污閃預(yù)測軟件系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫

Oracle數(shù)據(jù)庫是污閃預(yù)測軟件系統(tǒng)的重要組成部分，是有效地進(jìn)行污閃相關(guān)數(shù)據(jù)存儲、共享及處理的環(huán)境和工具。

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Oracle是面向?qū)ο笙到y(tǒng)，具有很好的網(wǎng)絡(luò)性能，數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大。支持大數(shù)據(jù)庫、多用戶的高性能的事務(wù)處理l’2v]。Oraclea支持大數(shù)據(jù)庫，其大小可到幾百千兆，可充分利用硬件設(shè)備。支持大量用戶同時在同一數(shù)據(jù)上執(zhí)行各種數(shù)據(jù)應(yīng)用，并使數(shù)據(jù)爭用最小，保證數(shù)據(jù)一致性。

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有高開放性能。Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)每天可連續(xù)24小時工作，正常的系統(tǒng)操作(后備或個別計算機(jī)系統(tǒng)故障)不會中斷數(shù)據(jù)庫的使用。可控制數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的可用性，可在數(shù)據(jù)庫級或在子數(shù)據(jù)庫級上控制。Oracle遵守數(shù)據(jù)存取語言、操作系統(tǒng)、用戶接口和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所以它是一個開放系統(tǒng)，最大限度的保護(hù)了用戶的投資。

Oracle支持分布式數(shù)據(jù)庫和分布處理。為了充分利用計算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，允許將處理分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶應(yīng)用程序，所有共享的數(shù)據(jù)管理由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的計算機(jī)處理，而運(yùn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的工作站集中于解釋和顯示數(shù)據(jù)。通過網(wǎng)絡(luò)連接的計算機(jī)環(huán)境，Oracle將存放在多臺計算機(jī)上的數(shù)據(jù)組合成一個邏輯數(shù)據(jù)庫，可被全部網(wǎng)絡(luò)用戶存取。分布式系統(tǒng)像集中式數(shù)據(jù)庫一樣具有透明性和數(shù)據(jù)一致性。

Oracle軟件具有可移植性、可兼容性和可連接性?？稍谠S多不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，以致Oracle上所開發(fā)的應(yīng)用可移植到任何操作系統(tǒng)，只需很少修改或不需修改。Oracle軟件同工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相兼容，包括許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，所開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)可在任何操作系統(tǒng)上運(yùn)行?？蛇B接性是指Oracle允許不同類型的計算機(jī)和操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)可共享信息。

Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為具有管理數(shù)據(jù)庫功能的軟件系統(tǒng)。每一個運(yùn)行的Oracle數(shù)據(jù)庫與一個Oracle實例(Instance)相聯(lián)系。一個Oracle實例為存取和控制一數(shù)據(jù)庫的軟件機(jī)制。每一次在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上啟動一數(shù)據(jù)庫時，稱為系統(tǒng)全局區(qū)(System GlobalArea，簡稱SGA)的一內(nèi)存區(qū)被分配，有一個或多個Oracle進(jìn)程被啟動。該SGA和Oracle進(jìn)程的結(jié)合稱為一個Oracle數(shù)據(jù)庫實例。一個實例的SGA和進(jìn)程為管理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、為該數(shù)據(jù)庫一個或多個用戶服務(wù)而工作。

污閃預(yù)測系統(tǒng)共建立三個數(shù)據(jù)庫:一個是存儲實時氣象預(yù)報信息的氣象輸入條件數(shù)據(jù)庫;第二個是用來存儲等值鹽密、污閃電壓及污閃預(yù)報等級的污閃數(shù)據(jù)庫;最后一個是用來存儲等值鹽密預(yù)測模型和污閃電壓預(yù)測模型參數(shù)的模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫。這三個數(shù)據(jù)庫構(gòu)成了污閃預(yù)測軟件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是污閃預(yù)測軟件重要的組成部分。

將基于非線性時間序列的絕緣子等值鹽密預(yù)測模型、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的絕緣子污穢閃絡(luò)臨界電壓預(yù)測模型和電網(wǎng)污閃分級預(yù)測預(yù)警模型三個數(shù)學(xué)模型組合成為一個完整的電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)模型，通過電網(wǎng)污閃預(yù)測系統(tǒng)實現(xiàn)對電網(wǎng)污閃描述參數(shù)的預(yù)測和污閃風(fēng)險的預(yù)測預(yù)警。在絕緣子等值鹽密非線性時間序列預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，等值鹽密預(yù)測模型的輸出預(yù)測結(jié)果作為污閃臨界電壓預(yù)測模型的輸入之一，由污閃臨界電壓預(yù)測模型對在預(yù)測等值鹽密及實時氣象輸入條件下的污閃臨界電壓做出預(yù)測，在污閃臨界電壓預(yù)測值的基礎(chǔ)上，對電網(wǎng)污閃臨界電壓進(jìn)行判斷，最終給出污閃的分級預(yù)測預(yù)警信息。

電網(wǎng)污閃預(yù)測模型結(jié)構(gòu)。污閃預(yù)測模型總的輸入條件為氣象數(shù)據(jù)，包括歷史記錄數(shù)據(jù)和預(yù)報，輸出為污穢閃絡(luò)電壓等級，根據(jù)污穢閃絡(luò)電壓等級即可對污穢閃絡(luò)發(fā)生風(fēng)險做出判斷。

污閃預(yù)測模型的輸入條件包括溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓和降雨量等，各輸入條件首先進(jìn)入等值鹽密預(yù)測模型，對等值鹽密當(dāng)前值做出實時預(yù)測;在得到等值鹽密的實時預(yù)測值后，由等值鹽密、溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓和降雨量等作為輸入條件進(jìn)入污閃電壓預(yù)測模型，對當(dāng)前等值鹽密下的污閃臨界電壓做出預(yù)測;在得到污閃臨界電壓預(yù)測值后，污閃臨界電壓預(yù)測值進(jìn)入污閃分級預(yù)測預(yù)警模型，電網(wǎng)絕緣子污閃狀態(tài)做出預(yù)測。如果預(yù)測的污閃電壓值大于絕緣子運(yùn)行電壓，則不進(jìn)行污閃預(yù)警;若預(yù)測的污閃電壓值接近運(yùn)行電壓，則做出污閃臨近預(yù)警;若預(yù)測的污閃電壓等于運(yùn)行電壓，則做出污閃50%概率預(yù)警;若預(yù)測的污閃電壓低于運(yùn)行電壓，則根據(jù)污閃電壓低于運(yùn)行電壓的程度做出污閃分級預(yù)警。

基于聯(lián)系函數(shù)的系統(tǒng)綜合評價模型將集對同異反思想應(yīng)用于系統(tǒng)綜合評價函數(shù)中，充分考慮系統(tǒng)綜合評價函數(shù)的實際意義，較傳統(tǒng)單純應(yīng)用“數(shù)學(xué)變換”建立系統(tǒng)綜合評價函數(shù)的方法，更具有實際意義，實例分析結(jié)果表明：基于聯(lián)系函數(shù)的系統(tǒng)綜合評價模型方法簡單，具有實際意義，評價結(jié)果準(zhǔn)確、合理、可信，具有推廣應(yīng)用價值 。