模糊数学在交通拥堵状态评价中的应用毕业设计论文(编辑修改稿)

模糊数学在交通拥堵状态评价中的应用毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

考国内外相关研 究成果，定义了交通拥堵：交通拥堵是一种交通流停滞在路段上的现象，其根本原因是单位时间内通过某路段的车辆总数超过该路段的设计交通容量。 交通拥堵分类 目前，国内外对交通拥堵的分类还没有 形成 统一的标准，不同的 国家和地区采用的划分方式都有不同 ， 下面介绍 以下几类 分类情况 ： (1)平均速度 作 为划分依据， 这种依据得到普遍的应用 ，要依 平均速度来评价道路的交通拥堵 程度，分为畅通、拥挤、堵塞和严重堵塞四种 程度 ， 另外不同规模的城市和地区，划分的标准也有所不同，我国很多城市也采用平均速度进行划分 ， 由于交通拥堵程度具有主观性，不同的人有不同的感觉，最后评价出来的等级可能不一样， 我国 在综合国外的研究成果，将 平均车速 20km/h 作为畅通与拥挤的分界线，以平均车速 10km/h 作为拥挤与堵塞的分界线。 (2)等待红绿灯数为划分依据，对于交叉口拥堵程度的判定，我国规定在城市交通信号灯控制的交叉路口， 3 次绿灯显示车辆未能通过路口的为阻塞， 5 次绿灯显示车辆未能通过路口的为严重阻塞。 (3)排队长度 和 速度为划分依据。 《 2020 年快速路与主干路交通状况调查报告》 报告中对交通拥堵的标准作了说明 ，如表 2 1 所示。 表 21《 2020 年快速路 与主干路交通状况调查报告》中路段相关标准 路段 排队长度 km 速度 km/h 拥堵 ≤ 排队长度＜ 15＜速度≤ 20 中度拥堵 ≤ 排队长度＜ 5＜速度≤ 15 严重拥堵 ≤ 排队长度 速度≤ 5 本文根据深圳市交通运输委员会（深圳市港务管理局）定义的道路交通运行指数，交通指数范围为 0～ 5，将交通拥堵状态分为五个等级：畅通（ 0～ 1）、基本畅通（ 1～ 2）、缓行（ 2～ 3）、轻度拥堵（ 3～ 4）、拥堵（ 4～ 5）。 各种交通拥堵状态下对应的路况和出行情况如表 22。 表 22 交通拥堵状态 下路况和出行情况表 交通拥堵程度 对应 路况 出行耗时 五邑大学本科毕业设计 5 畅通 基本没有道路拥堵 可以按道路限速标准行驶 基本畅通 有少量道路拥堵 比畅通时多耗时 至 倍 缓行 部分环路 和 主干路拥堵 比畅通时多耗时 至 倍 轻度拥堵 大量环路 和 主干路拥堵 比畅通时多耗时 至 倍 拥堵 全市大部分道路拥堵 比畅通时多耗时 倍以上 交通拥堵评价方法 我国交通拥堵评价方法的研究起步比较晚，目前还处在不断摸索阶段，现有的很多评价方法都比较简单，存在一定的局限性。 很多只是考虑了单个交通拥 堵评价指标的影响，也就是说只考虑了单因素的作用，缺乏全面性和统筹性，不可以从多方面反映道路的交通拥堵程度，借鉴国外的研究成果，从我国的实际出发，本文做了一些简单的研究。 交通拥堵评价方法是指通过定性或定量的评价指标对某路段或区域内的交通拥堵状况进行评价，其主要作用是对比分析时空范围内的拥堵水平，从而确定拥堵治理政策和措施的可行性和有效性，为进一步治理拥堵提供重要的参考依据。 交通拥堵评价方法是 定性或定量的评价道路或区域内的交通拥堵 状况 ，主要 功能 是 比较 时间和空间的拥挤程度，确定拥塞控制的政策和措施 ， 比较分析的 范围内的可行性和有效性， 从而为更进一步的堵塞 控制提供了一个重要的参考 标准。 (1)交通流理论 交通流理论是通过收集大量的历史数据，建立 数学模型来确定流量与 速度 之间的关系，然后将 实际测得的各道路上的交通量 转换为 在理想条件下 的 平均峰值速度，然后通过速度的大小来 确定的 交通拥堵的 水平。 交通流的方法需要较长 的研究 时间， 但理论也相对完善成熟， 得到各个 领域 的专家学者 的认可， 但这种方法要拟合速度 流量曲线，各国各城市都有自身的独特性，因此工作量较大，比如要对江门市的交通情况进行评价时，就要拟和适用于江门市的速度 流量曲线图。 (2)综合评价法 综合评价法主要运用不同等级道路进行加权针 ，确定了不同 等级 道路 的 车辆行驶里程，车辆行驶里程， 对该指标用车辆行驶里程进行加权平均。 虽然在严格意义上所得到的结果不属于交通拥堵程度 ，但可以通过比较 获取时间范围内的交通拥堵程度以及变化趋势。 这种方法的原理和运作都 相对简单作，目前在 国外得到 广泛地应用。 (3)模糊数学理论 主要是通过模糊数学理论， 通过 专家介绍 和 用户选择 来 创建城市道路网交通拥堵评价体系 ，根据 交通拥堵信息、 问卷调查和模糊数学理论知识 建立 模糊关系函数， 此 方法的基于人的感官意识 ，根据道路 交通拥堵情况完全符合人类感官意识这个道理，是模糊数学在交通拥堵评价中的重要 应用。 (4)计算机仿真 计算机仿真在交通运输领域的应用，仿真原理是通过模拟交通环境，预测或者评价采五邑大学本科毕业设计 6 取未知的策略后的各种交通参数，主要步骤如下：第一步：选择合适的仿真软件，如 VISSIM等，并根据实际确定计算公式和相关理论原理。 第二步：根据相应的算法和原则来确定输入参数，并通过实地调研和人为定义等方式获得这些参数。 第三步：通过计算机仿真，仿真输出参数，并与预期值或标准值进行比较分析，以确定措施的可行性。 计算机仿真系统的逻辑非常严密， 节省了大量的财力和物力，但该方法是不全面的，因为要考虑的因素不能完全反映真实的情况，而且可仿真的参数也有一些限制，在交通拥堵评价问题上。 计算机仿真只是一个很有意义的参考依据，对决策提供支持但并不是说具有决定性。 交通拥堵原因 从 2020 年到现在，我国每年用在公共交通的投资金额不断增加，累计超过 2 万亿人民币，但是交通拥堵问题任然没有得到基本改善，相反，交通拥堵问题逐步发展到我国的部分中小城市。 交通拥堵的主要原因通常认可的有三种，其一是经济增长背景下汽车保有量和使用率的增加，其二是机动车驾驶员以及居民 不遵守交通规则，造成非常不必要的拥堵，其三是道路的规划与设计存在缺陷，不能满足日益发展的交通量需求，造成道路容量不足，路段负荷度加大。 我国目前正处在高速发展时期，城市化进程不断加快。 到 2020 年将会有 50%的人口居住于城市。 目前我国的大城市交通拥堵问题十分严重，城市化进程会加快城市的交通机动化，从而造成交通受限，进而造成交通拥堵，其原因主要是城市化和机动化的双重作用。 随着人们生活水平的提高， 汽车 的 出行需求 越来越高 ，导致道路交通供需矛盾进一步激化，城市交通拥堵成为一种常态， 尤其是在 城市中心城区。 本 章小结 交通拥堵的定义具有主观性，本章借鉴参考国内外相关研究成果，定义了交通拥堵，并根据深圳市交通运输委员会（深圳市港务管理局）定义的道路交通运行指数 将交通拥堵状态分为五个等级：畅通、基本畅通、缓行、轻度拥堵和拥堵。 然后介绍交通拥堵评价方法，最后介绍了交通拥堵形成的原因。 五邑大学本科毕业设计 7 第 3 章 模糊数学理论 模糊数学理论概述 模糊数学是以不确定性的事物为研究对象的一门科学，模糊集合的理论将具有模糊性的对象加以确切化，从而使研究确定性对象的数学与不确定性对象的数学沟通起来。 在模糊数学中，目前己有 模糊拓扑学、模糊群论、模糊图论、模糊概率、模糊语言学、模糊逻辑学等分支，显示了强大的生命力和渗透力，使数学的应用范围大大扩展。 模糊集是模糊数学的基础，模糊数学是研究和处理模糊性现象的数学方法， 是研究现实世界中许多界限不分明甚至是很模糊的问题的数学工具。 在模式识别、人工智能等方面有广泛的应用。 模糊数学从诞生至今已经四十多年了，早在 1978 年，国际上第一本以模糊数学为主题的学术刊物《 Fuzzy Sets and Systems》在欧洲创刊。 模糊数学自 1976 年传入我国后得到了迅速发展： 1980 年成立了中国模糊 数学与模糊系统学会， 1981 年创办了《模糊数学》 (武汉，华中工学院 )杂志， 1987 年创办了《模糊系统与数学》 (长沙，国防科技大学 )杂志。 我国已经成为模糊数学研究的四大中心 (美国、西欧、日本、中国 )之一。 北京师范大学汪培庄、四川大学刘应明等教授对模糊数学的研究取得了显著成绩 [1][2]。 模糊关系 模糊关系的定义从普通集合 A 到普通集合 B 的一个模糊关系 R 是指：以笛卡尔积 A B = {(a,b)|a∈ A， b∈ B}为论域的一个模糊子集 R 记作 R： A  B，或 R∈ （ A B ）， 其隶属函 数为 R(a,b)，称为 (a,b)具有模糊关系 R 的程度，表示如下。 : [0,1]R AB  ( , ) ( , )Aa b a b （ 31） 若 A = B，称 : [0,1]R AA  ， 1 2 1 2( , ) ( , )Aa a a a 为 A 上的模糊关系。 对一普通关系来说 ，两事物间要么有这种关系，要么没有这种关系，径渭分明，然而在实际问题中，事物之间的许多关系很难用“有”或“无”来回答，如冶炼过程中，原料、炉温、出钢时间等因家对钢的质量都有一定的影响，但有时某因素的改变却又不影响钢的合格，其原因在于因素对钢质量的影响也有程度上的差异，我们把具有程度上差异的关系叫做模糊关系。 普通关系定义为直积 U V 的普通子集，很自然地把模糊关系定义为 U V 的模糊子集。 记为 U→ V。 模糊集合 在现实生活中，模棱两可的概念很多，因此需研究模糊集合， 模糊集合是 用来表达模糊性的集合 ， 又称 模糊集 或 模糊子集。 我们通常所说的 集合 是康托创立的， 是指具有某种属性的对象的全体。 每个对象对于集合的隶属关系是明确的， 不属于这个集合就属于那个集合。 人们的思维中还有着许多模糊的概念，如 饥饿 、 极大 、 寒冷 、 早晨 等，这些概念所描述的对象属性不能简单地用 “ 是 ” 或 “ 否 ” 来回答，模糊集合就是指具有某个模糊概念五邑大学本科毕业设计 8 所描述的属性的对象的全体。 由于概念本身界限有些不分明，存在一定的主观性， 因而对象对集合的隶属关系也 不是很明确。 当模糊集合中的元素有限时，模糊集合可表示为 ： 论域 U={u(1),u(2),....,u(n)}。 隶属度及隶属度函数 若对论域（研究的范围） U 中的任一元素 x，都有一个数 A（ x） ∈ 0， 1 与之对应，则称 A 为 U 上的模糊集， A（ x）称为 x 对 A 的隶属度。 当 x 在 U 中变动时， A（ x）就是一个函数，称为 A 的隶属 度 函数。 隶属度 A（ x）越接近于 1，表示 x 属于 A 的程度越高， A（ x）越接近于 0 表示 x 属于 A 的程度越低。 用取值于区间 [0,1]的隶属函数 A（ x）表征 x 属于 A 的程度高低。 隶属度 属于 模糊 数学 评价 体系 里的概念。 隶属度函数是 研究 模糊控制 的理论基础 ， 常见的隶属度函数有三角形、菱形等，构造科学合理的隶属度函数是研究模糊 控制的前提，否则模糊控制精度不高，达不到设计要求。 隶属度函数的确定过程 带有一定的客观性，不同的人研究不同问题可能选取不同的隶属度函数，但不同的人对模糊理论的理解可能千差万别，因此隶属度函数也存在一定的主观性。 隶属度函数的确立 还没有形成一套科学实用的体系 ， 隶属度函数的确定往往建立在数据的基础之上，因此需要相关的经验以及不断的实验探究。 同一个模糊概念不同的人会 也会 建立不完全相同的隶属度函数 ， 但是只要可以反映出相同的模糊概念，有自己的实用领域，就达到了目的。 下面介绍几种常用的方法。 （ 1） 模糊统计 分析 法： 模糊 统计 分析 法的是对论域 U上的一个确定元素 V是否属于论域上的一个可变动的清晰集合 A3 作出 清晰的判断。 对于不同的试验者 ， 清晰集合 A3 可以有不同的边界 ， 但它们都对应于同一个模糊集 A。 模糊统计法的计算步骤是 ： 每次统计 V 是固定的 ， A3 的值是可变的 ， 作 n 次试验 ， 其模糊统计可按下式进行计算 ： V对 A 的隶属 度 = v0∈ A 的次数 / 试验总次数 n （ 32） 随着 n 的增大 ， 隶属频率也会趋向稳定 ， 这个稳定值就是 V 对 A 的隶属度值。 这种方法较直观地反映了模糊概念中的隶属程度 ， 但 缺点是 计 算量相当大。 （ 2） 专家经验法： 专家经验法是根据专家的实际经验给出模糊信息的处理算式或相应权系数值来确定隶属函数的一种方法。 在许多情况下 ， 经常是初步确定粗略的隶属函数 ， 然后再通过学习和实践检验逐步修改和完善 ， 而实际效果正是检验和调整隶属函数的依据。 （ 3） 二元对比排序法： 二元对比排序法是一种较实用的确定隶属度函数的方法。 它通过对多个事物之间的两两对比来确定某种特征下的顺序 ， 由此来决定这些事物对该特征的隶属函数的大体形状。 二元对比排序法根据对比测度不同 ,可分为相对比较法、对比平均法、优先关系定序法和相似优 先对比法等。 五邑大学本科毕业设计 9 模糊判别矩阵 模糊关系可以用模糊矩阵、模糊图和模糊集表示法等三种形式来表示。 目前广泛 用模糊判别矩阵来表示二元模糊关系。 模糊矩阵的定义：。