《全息交通流建模》

交通流理论是研究交通流运行变化规律的方法体系,其通过分析的方法来阐述交通现象及其机理,探讨交通流各参数间的相互关系及其变化规律,从而为交通规划、交通控制、道路设计以及智能运输系统提供理论依据和支撑,是交通工程学的基本理论。借助现代研究工具和手段从更宽广的领域对交通流理论进行拓展,具有重大理论意义和工程应用价值。该项目在国家自然科学基金面上项目等一系列项目的支持下,针对全息交通流建模一系列重要理论问题开展了系统深入的研究,取得了一系列国内领先、国际先进的研究成果,为该省在交通流理论研究领域保持国际先进水平做出了贡献。

该项目在前人研究的基础上,对考虑路况的交通流建模与能耗分析、交通流现代控制理论与方法和交通流能耗与排放等三个方向进行了深入的探讨,取得了一些重要的科学发现:代表性文献[1][2]中建立了考虑坡度效应的交通流解析模型,推导出了描述三角激波、孤立子波和纽结波的Burgers方程、KdV方程和改进的KdV方程,基于该模型,利用数值模拟方法发现了交通流在有坡道路上能耗与坡度成反比的“逆常规能耗规律”。代表性文献[3][4][5][6]国内首次较为全面的利用经典和现代控制理论,系统地研究了交通流的自动控制模型,提出了交通流的H∞控制方法,揭示了经典补偿器如比例微分环节(PD)和速度反馈环节及其组合补偿器对交通流运行稳定性的影响,解决了交通流致稳的基础控制理论问题。代表性文献[7][8]提出了信号灯控制作用下的间断交通流解析模型,揭示了信号灯控制作用下的交通流运行特性,建立了交通流“额外排放”的理论模型,提出了交通流排放的延迟反馈控制方法,给出了延迟反馈时间的确定方法,为构建绿色交通奠定了理论基础。

项目的科学发现有利推动了交通流理论的发展:首先将交通流模型的适用场景由平直道路条件扩展到有坡道路条件,有利于利用交通流理论描述现实世界;其次,用理论和模型证明了交通流在坡度上排放的规律,打破人类对交通流能耗的常规认识,揭示了不易发现的内在物理现象;再次,通过建立交通流的控制理论体系与方法,实现了交通运输工程学科和控制理论与控制工程学科的深度融合,拓展了控制工程的应用范围;最后,在国际上首次提出的“额外排放”理念,为构建绿色交通提出了更明确的优化目标。

上述成果得到了国内外交通运输领域同行的广泛关注,如清华大学“未来交通”中心主任吴建平、西北工业大学的国家杰青史忠科、北京航空航天大学的长江学者王云鹏和国家杰青黄海军、印度理工学院的Gupta等国际知名科研团队对项目的重要科学发现作了不同程度的引用。所提供的8篇代表性论文的SCI他引总次数为234次,其中不乏被IEEE Transactions on Industrial Electronics、Nonlinear Dynamics、Journal of Cleaner Production等国际TOP期刊论文所引用。该项目成果共发表SCI论文24篇,EI论文13篇,获得授权发明专利7项,计算机软件著作权3项。

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