一種基于模型預測的城市交通魯棒控制系統(tǒng)結題摘要

隨著我國城市機動車保有量的迅猛提高，城市交通擁堵日益嚴重，同時伴生高能耗、高排放等多種負面影響，已引起了社會各界的廣泛關注。城市交通控制系統(tǒng)是應對城市交通擁堵問題的有效手段之一。為了適應城市交通系統(tǒng)的復雜性和隨機性，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)絡數(shù)據(jù)處理、交通流均值預測、交通流不確定性預測與分布分析、城市交通網(wǎng)絡信號控制四個方面對城市交通控制系統(tǒng)進行了研究。首先，在城市交通網(wǎng)絡數(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、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡及Elman神經(jīng)網(wǎng)絡等理論與交通流預測的SARIMA模型相結合，構建了短時交通流混合預測模型，并研究了不同時間匯集度對預測模型精度的影響。再次，在交通流不確定性預測與分布分析方面，基于交通流均值預測及實際流量分布，獲取了交通流預測殘差，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，并基于最優(yōu)擬合分布對交通流的不確定性進行了預測；應用多種分布模型，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)絡信號控制方面，以城市交通網(wǎng)絡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)域交通信號控制進行了研究，構建了多種區(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、交通流均值預測、交通流不確定性預測、信號控制與誘導耦合優(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，對提升交通運行效率、改善交通運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。

隨著我國城市機動車保有量的迅猛提高，城市交通擁堵日益嚴重，同時伴生高能耗、高排放等多種負面影響，已引起了社會各界的廣泛關注。城市交通控制系統(tǒng)是應對城市交通擁堵問題的有效手段之一。為了適應城市交通系統(tǒng)的復雜性和隨機性，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，應用元胞傳輸模型構建網(wǎng)絡交通流模型，應用統(tǒng)計分析及數(shù)學規(guī)劃方法，揭示城市交通需求矩陣的隨機分布特征，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，并采用模型預測控制方法建立基于模型預測的城市交通魯棒控制系統(tǒng)模型。在建立控制系統(tǒng)模型基礎上，應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，應用前景廣泛。

電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)基于Java技術的電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)

研究的電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)以電網(wǎng)污閃預測數(shù)學模型為核心，采用Java技術與Oracle數(shù)據(jù)庫技術，建立電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)Java軟件包，能夠與電網(wǎng)防災減災系統(tǒng)服務程序和大型數(shù)據(jù)庫的無縫鏈接。在污閃預測理論研究的基礎上，實現(xiàn)了污閃預測的實用化、智能化和網(wǎng)絡化。

電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)應用Java技術是基于其技術的主導地位及其優(yōu)秀的應用性能。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脧V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，在小型的計算機上便可以良好的運行。和所有的新一代的程序設計語言一樣，Java也采用了面向?qū)ο蠹夹g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，去掉了運算符重載、多繼承的復雜概念，而采用了單一繼承、類強制轉換、多線程、引用(非指針)等方式，無用內(nèi)存自動回收機制也使得程序員不必費心管理內(nèi)存，是程序設計更加簡單，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語言在編譯及運行程序時，都要進行嚴格的檢查。作為一種強制類型語言，Java在編譯和連接時都進行大量的類型檢查，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)存自動回收機制也增加了Java的魯棒性。作為網(wǎng)絡語言，Java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。Java在運行應用程序時，嚴格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權限，比如不允許網(wǎng)絡上的應用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計算機中的字節(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)存的直接訪問來進一步提高Java的安全性。同時Java極高的魯棒性也增強了Java的安全性。

(3)結構中立且可移植。計算機網(wǎng)絡上充滿了各種不同類型的機器和操作系統(tǒng)，為使Java程序能在網(wǎng)絡的任何地方運行，Java編譯器編譯生成了與體系結構無關的字節(jié)碼結構文件格式。任何種類的計算機，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有Java運行時環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計算機上運行。即使是在單一系統(tǒng)的計算機上，結構中立也有非常大的作用。隨著處理器結構的不斷發(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將使同一版本的應用程序可以運行在所有的平臺上。體系結構的中立也使得Java系統(tǒng)具有可移植性。Java運行時系統(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語言和標準C語言實現(xiàn)的，因此可以較為方便的進行移植工作。

電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)應用軟件

應用Java編程語言，將污閃預測模型轉化為污閃預測應用軟件。污閃預測系統(tǒng)軟件是電網(wǎng)綜合防災減災系統(tǒng)的分系統(tǒng)軟件，也可獨立運行。

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

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

污閃預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服務程序包，污閃預測軟件按防災減災綜合服務程序要求，與其它分系統(tǒng)功能的應用軟件包一起被封裝在防災減災系統(tǒng)的綜合服務程序內(nèi)。

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

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

Oracle數(shù)據(jù)庫是污閃預測軟件系統(tǒng)的重要組成部分，是有效地進行污閃相關數(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)是一個應用廣泛、技術成熟的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Oracle是面向?qū)ο笙到y(tǒng)，具有很好的網(wǎng)絡性能，數(shù)據(jù)庫功能強大。支持大數(shù)據(jù)庫、多用戶的高性能的事務處理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)絡通信協(xié)議的工業(yè)標準。所以它是一個開放系統(tǒng)，最大限度的保護了用戶的投資。

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系統(tǒng)和網(wǎng)絡，允許將處理分為數(shù)據(jù)庫服務器和客戶應用程序，所有共享的數(shù)據(jù)管理由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的計算機處理，而運行數(shù)據(jù)庫應用的工作站集中于解釋和顯示數(shù)據(jù)。通過網(wǎng)絡連接的計算機環(huán)境，Oracle將存放在多臺計算機上的數(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)上運行，以致Oracle上所開發(fā)的應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)標準相兼容，包括許多工業(yè)標準的操作系統(tǒng)，所開發(fā)應用系統(tǒng)可在任何操作系統(tǒng)上運行?？蛇B接性是指Oracle允許不同類型的計算機和操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡可共享信息。

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)庫的軟件機制。每一次在數(shù)據(jù)庫服務器上啟動一數(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進程被啟動。該SGA和Oracle進程的結合稱為一個Oracle數(shù)據(jù)庫實例。一個實例的SGA和進程為管理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、為該數(shù)據(jù)庫一個或多個用戶服務而工作。

污閃預測系統(tǒng)共建立三個數(shù)據(jù)庫:一個是存儲實時氣象預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測模型和污閃電壓預測模型參數(shù)的模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫。這三個數(shù)據(jù)庫構成了污閃預測軟件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是污閃預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測模型、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的絕緣子污穢閃絡臨界電壓預測模型和電網(wǎng)污閃分級預測預警模型三個數(shù)學模型組合成為一個完整的電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)模型，通過電網(wǎng)污閃預測系統(tǒng)實現(xiàn)對電網(wǎng)污閃描述參數(shù)的預測和污閃風險的預測預警。在絕緣子等值鹽密非線性時間序列預測模型的基礎上，等值鹽密預測模型的輸出預測結果作為污閃臨界電壓預測模型的輸入之一，由污閃臨界電壓預測模型對在預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測，在污閃臨界電壓預測值的基礎上，對電網(wǎng)污閃臨界電壓進行判斷，最終給出污閃的分級預測預警信息。

電網(wǎng)污閃預測模型結構。污閃預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)和預報，輸出為污穢閃絡電壓等級，根據(jù)污穢閃絡電壓等級即可對污穢閃絡發(fā)生風險做出判斷。

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

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)單純應用“數(shù)學變換”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，評價結果準確、合理、可信，具有推廣應用價值 。