[发明专利]一种基于遗传算法优化的城市区域交通大数据分析系统与方法

说明书

本发明属于城市交通设计领域，具体涉及一种基于遗传算法优化的城市区域交通大数据分析系统与方法。其中，所述系统包括：城市路网与行人出行分布分析模块、城市路网交路流量分析模块、城市轨道交通系统分析模块、城市区域交通系统决策模块。本发明以城市路网与居民出行分布作为对象，采用连续网络设计中的双层规划模型，将城市路网与居民出行分布的指标引入城市路网优化中，建立了基于遗传算法的城市路网优化双层规划模型，通过遗传算法计算最优解，并基于最优解实现交通系统决策配置，极大提高了城市区域交通的数据分析能力和决策能力。

技术领域

本发明属于城市智慧交通领域，具体涉及一种基于遗传算法优化的城市区域交通大数据分析系统与方法。

背景技术

城市是人类从事各种社会、政治、经济和文化生活的活动中心，在社会发展中起着极其重要的作用。而城市交通与城市的发展密切相关，是衡量一个城市文明进步的标志。随着社会经济的高速发展和城市化进程的快速推进，交通量持续大幅度增加，交通需求与道路交通设施之间的矛盾日益尖锐，城市交通问题日益严重。城市交通拥挤不仅造成交通事故频发、车辆延误增大，而且进一步带来能源浪费和环境污染的加剧，造成不良的社会经济后果。

近年来，随着我国经济的飞速发展，城市化、汽车化进程加快，机动车辆保有量迅猛增加，我国的交通状况日渐恶化，交通拥挤以及能源、环境问题日益严重，特别是一些大城市，交通拥挤已成为制约城市经济发展的瓶颈。

为了提高交通网络使用效率，解决交通拥挤和交通安全问题，世界各国在对交通流进行有效管理方面投入了大量的研究，试图应用自然科学与工程技术的最新研究成果解决日益严重的交通问题，城市交通问题的客观需求和现代科学技术的发展促进了智能交通系统的产生。以现代计算机技术、通信技术、电子技术、优化控制技术为核心的智能交通系统是全方位解决交通运输安全和交通拥挤的有效手段。其中的智能交通分析系统又包括许多子系统，例如车流与行人流监测处理、交通信号优化控制、车辆导航地区性或全球性、紧急事件处理、交通分流显示牌与媒体传播、道路桥梁自动收费、路况监控与维护、公路公共交通管理与协调、公共交通优先运行管理、交通流量与旅行时间预测、自动停车与服务、立体交通一体优化化协调与管理等。城市道路交通信号优化控制是智能交通系统的核心组成部分，对城市交通信号优化控制理论与技术的研究具有重要的现实意义和理论价值。合理有效的城市交通分析控制，可以减少或消除可能引发交通拥挤和交通事故的交通冲突点，使车辆和行人的延误时间最小，增加与交叉路口的通行能力，实现交通流的安全性、快速性和舒适性，具有现实而深远的社会经济效益。世界各国在对交通流进行有效管理方面投入了大量的研究，试图应用自然科学与工程技术的最新研究成果解决日益严重的交通问题，具体在城市交通分析优化控制方面也进行了很多研究，但是由于城市交通本身的复杂性、随机性、非线性，交通分析优化控制模型往往很复杂，用于交通信号优化控制模型的求解算法有很多，但是，传统的算法大多数，由于计算量大或者容易使性能指标落入局部极小值而严重制约了模型的应用与发展。

遗传算法，是新兴发展起来的一类随机搜索与优化仿生算法。自1975年美国大学的MICHIGAN教授及其学生创建以来，遗传算法已引起了国内外学术界和产业界的广泛关注，成为本世纪计算智能中相当活跃的关键技术之一。遗传算法提供一种求解复杂系统优化问题的通用框架，不依赖问题的具体领域，对问题的种类具有很强的稳健性。目前，遗传算法己被广泛地应用于计算机科学、工程技术、管理科学和社会科学等许多重要领域，而且其的应用领域还在不断的扩展之中。与经典的方法比较，遗传算法还是一门新兴的学科，其实现方法上，还有待改进，尤其是其理论基础极需完善。因此，许多专家学者对其研究的其中一个热点课题就是对基本遗传算法的改进问题，以便使遗传算法的性能和特点能更充分发挥。

遗传算法作为新兴发展起来的一类随机搜索与优化仿生算法，具有很多特点，比如以决策变量的编码作为运算对象，直接以目标函数值作为搜索信息，同时使用多个搜索点的搜索信息，使用概率搜索技术等等。它的这些特点使其近年来得到迅速发展，在函数优化、组合优化、自动控制、图象处理、模式识别、机器人学习等等领域得到应用。

发明内容