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本書深入研究了高速公路數(shù)據質量控制、交通狀態(tài)識別與態(tài)勢推演、主動交通管控、施工區(qū)管控、機電系統(tǒng)健康檢測與評估、差異化收費等應用場景，并運用群體智能、人工智能、大數(shù)據等技術方法對相關理論進行了探索，將提出的創(chuàng)新性管控算法和技術方法應用于高速公路管控、精準收費、智慧隧道和智慧服務區(qū)等領域。
本書具有系統(tǒng)性、專業(yè)性、實踐性和創(chuàng)新性等突出特點，為我國高速公路交通管理及其相關研究人員提供了理論支持和技術實踐指導，有助于提升我國高速公路管控能力，促進公路交通高質量發(fā)展。
版權所有，侵權必究。

隨著5G、人工智能、大數(shù)據、云計算等創(chuàng)新科技與交通運輸系統(tǒng)的深度融合，交通運輸領域進入數(shù)字化、智能化關鍵發(fā)展期。數(shù)字化轉型已經成為推進交通運輸提效能、擴功能、增動能的重要手段，數(shù)字化技術應用在交通運輸個別領域已呈現(xiàn)領先態(tài)勢，高速公路基礎設施的數(shù)字轉型、智能升級得到了加速推廣與應用，面向數(shù)智時代的高速公路智能管控理論發(fā)展也應滿足新的需求。因此，如何利用創(chuàng)新科技賦能高速公路智能管控，最大限度地提升高速公路交通流運行質量和通行服務效率，是新時期推動交通運輸高質量發(fā)展面臨的一個重要課題。數(shù)智時代的高速公路智能管控涉及多維數(shù)據感知、業(yè)務應用決策、智慧出行等方面，應通過路網數(shù)據治理挖掘與人工智能算法的賦能，全面提升高速公路網管理、決策的智能化水平。
本書圍繞高速公路數(shù)據質量控制、交通狀態(tài)識別與態(tài)勢推演、主動交通管控、施工區(qū)管控、機電系統(tǒng)健康檢測與評估、差異化收費等應用場景，運用群體智能、人工智能等方法對這些應用場景所涉及的理論進行了研究，提出了相應的創(chuàng)新性管控算法。同時，將所研究的理論方法應用到高速公路管控中，對高速公路管控、精準收費、智慧隧道和智慧服務區(qū)等所使用的數(shù)智技術進行了介紹。
針對高速公路智能管控，本書從管控原理、方法和應用效果等角度，對所涉及的數(shù)據分析、識別和推演算法、主動管控方法和收費定價模型等理論方法進行了深入研究，主要特點包括以下幾個方面。
（1）系統(tǒng)性。涉及數(shù)據質量、交通狀態(tài)、主動管控、機電系統(tǒng)、差異化收費等方面，對高速公路識別、管控、評估等方法進行了深入研究，并給出了相應研究理論方法的應用情況。
（2）專業(yè)性。圍繞高速公路智能管控所涉及路網態(tài)勢推演、事故風險模型、施工區(qū)等經典場景，提出了反映高速公路交通流運行規(guī)律的核心理論和方法，為相關管理和研究人員提供支持。
（3）實踐性。針對當前高速公路實際應用場景進行了理論方法的應用，并將應用成果進行了總結，使得所提出的理論方法可以很好地同實際問題相結合。
（4）創(chuàng)新性。使用多種人工智能算法解決高速公路智能管控問題，充分體現(xiàn)了數(shù)智時代的技術特征與當前交通領域的新技術發(fā)展，使研究人員能夠了解當前交通領域的前沿知識，也有利于提升高速公路管控能力。
本書研究成果得到了重點研發(fā)計劃項目（2018YFB1600703、2019YFF0301403）、國家自然科學基金項目（61973028）等20余項項目的支持。本書主要內容匯聚了編者及城市綜合交通大數(shù)據智能計算平臺研發(fā)創(chuàng)新團隊多年來的研究成果，可為高速公路智能管控提供理論方法和技術支撐。
本書編寫分工如下：第1、2、3、4章由北京交通大學王江鋒編寫，齊崇楷、郝碩、賀丹等人參與修訂；第5、6、7、8、9章由交通運輸部規(guī)劃研究院顧明臣、張英杰、祝濤、張碩、李溯、熊慧媛、張百永編寫，蹇峰、孫星亮、張家慶、許海波、齊崇楷、張越評、李丹鳳、石媛嫄、劉增軍等人參與修訂。編寫過程中也得到了盤天（廈門）智能交通有限公司等相關科技公司和多家高速公路運營管理單位的大力支持，在此一并表示感謝！
高速公路智能管控領域的系統(tǒng)性、專業(yè)性和實踐性較強，限于編者學識和實踐經驗，難免存在疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正，以便今后進一步修改完善，特此致謝！

編者
2024年3月

第1章引言
1.1高速公路建設與發(fā)展概況
1.2高速公路面臨的問題與挑戰(zhàn)
第2章交通流數(shù)據采集與質量控制
2.1交通流數(shù)據質量分析
2.1.1質量問題來源
2.1.2質量問題分類
2.1.3質量問題識別
2.1.4實例分析
2.2交通流數(shù)據質量評價體系設計
2.2.1基于微觀、中觀、宏觀的數(shù)據質量評價體系框架
2.2.2數(shù)據質量評價指標體系
2.3交通流數(shù)據質量控制方法
2.3.1張量基礎理論
2.3.2基于梯度的Tucker分解數(shù)據質量修復方法
2.3.3實例分析
2.4小結
第3章交通狀態(tài)識別與交通流預測
3.1基于群體智能的交通狀態(tài)識別
3.1.1交通狀態(tài)描述
3.1.2模糊c均值聚類算法
3.1.3基于群體智能優(yōu)化的FCM算法
3.1.4實例分析
3.2基于深度學習的交通狀態(tài)預測
3.2.1深度學習理論
3.2.2交通狀態(tài)預測模型設計
3.3小結
第4章高速公路路網交通態(tài)勢推演
4.1態(tài)勢推演特征參數(shù)選取
4.2態(tài)勢推演算法構建
4.2.1MixDSTMA模型
4.2.2空間插值方法
4.3MixDSTMA模型驗證
4.3.1訓練步驟
4.3.2實驗配置
4.3.3模型參數(shù)確定
4.3.4預測結果及對比分析
4.4小結
第5章高速公路主動交通管理方法
5.1主動交通管理方法
5.1.1概述
5.1.2可變限速控制方法
5.1.3入口匝道控制方法
5.1.4臨時路肩開放控制方法
5.2高速公路潛在事故發(fā)生率預測模型
5.2.1模型變量選擇
5.2.2模型標定數(shù)據準備
5.2.3高速公路PCR模型建立
5.3不同主動交通管理策略對潛在事故發(fā)生率的影響
5.3.1概述
5.3.2主動交通管理策略制定
5.3.3主動交通管理策略控制效果分析
5.3.4主動交通管理策略時間敏感度分析
5.4小結
第6章高速公路施工區(qū)路段換道風險與管控
6.1施工區(qū)路段駕駛模擬實驗數(shù)據采集
6.2施工區(qū)路段駕駛人換道會合行為分析
6.2.1換道會合行為階段劃分
6.2.2換道會合行為特性分析
6.2.3眼動特性分析
6.3施工區(qū)路段駕駛人換道會合風險分析
6.3.1換道會合風險指標提取
6.3.2換道會合風險分析
6.4小結
第7章高速公路機電系統(tǒng)健康狀況評估
7.1高速公路機電系統(tǒng)健康狀況分布估計
7.1.1高速公路機電系統(tǒng)健康狀況概述
7.1.2高速公路機電系統(tǒng)健康狀況分布估計
7.2基于FTA_Ele模型的高速公路機電系統(tǒng)健康狀況影響分析
7.2.1高速公路機電系統(tǒng)健康狀況影響分析方法
7.2.2FTA_Ele_Com：通信系統(tǒng)健康狀況影響分析
7.2.3FTA_Ele_Mon：監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況影響分析
7.2.4FTA_Ele_Cha：收費系統(tǒng)健康狀況影響分析
7.3基于FLBN_Ele模型的高速公路機電系統(tǒng)健康狀況診斷
7.3.1貝葉斯網絡基礎理論
7.3.2基于特征學習的FLBN_Ele模型構建
7.3.3高速公路收費系統(tǒng)的健康狀況診斷分析
7.4基于TRN_Ele模型的高速公路機電系統(tǒng)健康狀況評估
7.4.1高速公路機電系統(tǒng)健康管理概述
7.4.2高速公路機電系統(tǒng)健康狀況的評估指標體系建立
7.4.3高速公路機電系統(tǒng)健康狀況的韌性評估
7.5小結
第8章高速公路差異化收費定價模型
8.1車輛碳減排收益測算模型
8.1.1車輛碳排放測算模型
8.1.2車輛碳減排收益測算模型
8.2基于碳減排收益的多目標優(yōu)化定價模型
8.2.1問題描述及模型參數(shù)定義
8.2.2高速公路定價基本原則
8.2.3高速公路成本分析
8.2.4貨車出行選擇模型
8.2.5基于隨機用戶平衡的配流理論
8.2.6模型構建思路
8.2.7基于碳減排收益的多目標優(yōu)化定價模型
8.3基于雙層規(guī)劃的差異化收費定價模型
8.3.1高速公路收費定價原理
8.3.2雙層規(guī)劃模型設計
8.3.3模型求解算法設計
8.4實例分析
8.4.1基于碳減排收益的高速公路差異化收費定價模型實例分析
8.4.2基于雙層規(guī)劃的高速公路差異化收費定價模型實例分析
8.5小結
第9章應用實踐
9.1高速公路數(shù)智技術概述
9.2高速公路智能管控技術應用
9.2.1京港澳高速駐信段智能管控科技示范應用
9.2.2鄭少高速鄭州西南收費站精準收費標準化車道試點應用
9.2.3高速公路收費站科技治超數(shù)智技術應用
9.2.4高速公路隧道路段數(shù)智技術應用
9.2.5高速公路服務區(qū)數(shù)智技術應用
9.3小結

附錄A交調數(shù)據用戶質量評價調查問卷
附錄B樣本數(shù)據處理及變量計算過程
附錄C變量計算的主要過程
附錄D匝道控制策略實現(xiàn)
附錄E收費系統(tǒng)故障數(shù)據
參考文獻

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