基于modelica语言的交通信息物理系统建模分析与仿真实现

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1、中文图书分类号：TP13密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于Modelica语言的交通信息物理系统建模分析与仿真实现论文作者：张二青学科：控制科学与工程指导教师：陈阳舟教授论文提交日期：2015年6月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP13学号：S201202176密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于Modelica语言的交通信息物理系统建模分析与仿真实现英文题目：TRANSPORTATIONCYBERPHYSICALSYSTEMMODE

2、LINGANDSIMULATIONBASEDONMODELICA论文作者：张二青学科专业：控制科学与工程研究方向：智能交通申请学位：工学硕士指导教师：陈阳舟教授所在单位：城市交通学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

3、签名：张二青日期：2015年6月8日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：张二青日期：2015年6月8日导师签名：陈阳舟日期：2015年6月12日摘要摘要随着交通问题日趋严重，迫切需要以科学的方法认知交通现象，用先进的技术支撑交通系统的发展，以便有效缓解交通拥堵和减少环境污染，因此智能交通系统的研究要寻求更深层次的发展。信息物理系统（Cybe

4、rPhysicalSystem，CPS）的出现，为解决交通系统中非线性、强耦合和泛时空问题提供了有效途径。把CPS概念应用于交通领域的交通信息物理系统（TransportationCyberPhysicalSystem，T-CPS），其体系结构复杂，涉及学科门类和技术繁多，目前的研究更多的关注于描述系统的整体基本架构、诠释相应模块功能和关键技术上，其中面向T-CPS的系统建模和仿真实现是研究交通信息物理系统的重要基础技术之一。本文围绕面向交通信息物理系统的建模与仿真展开研究，主要研究内容如下。首先，利用T-CPS系统中信息世界与物理世界之间的相互作

5、用和反馈特点，本文提出了对象层、感知层、计算层、控制层、执行与服务层和通信层的体系架构，诠释了相应层次的功能，其中通信层贯穿于信息传递的各个功能层之间。同时介绍了本文要研究要涉及的基本知识，包括Modelica语言、OpenModelica仿真平台和宏观交通流理论（元胞传输模型）等。其次，在提出的T-CPS基本架构和系统中信息流的基础之上，对系统中各个物理实体作抽象化和的简单化处理，用Modelica语言在仿真平台OpenModelica上开发模型库，在保证模型完备性的同时赋予模型规范的接口。整个模型库包括路段分割模块、路段连接模块、检测装置、控制

6、器、执行装置和相关支撑工具库，模型库中的模块具有一般性意义，选择其中的模块可以快速的搭建实际的城市路网信息物理系统。第三，研究了模型库中信号灯控制器的设计。控制器是系统的核心部分，主要负责对输入的实时数据进行相关处理并生成控制决策。模型库中分别设计了应用于匝道入口和十字交叉口的控制器。定时控制器是实际中常用的交通信号控制策略；排空切换控制算法是将物理层交通流在道路上的传输看作是切换服务系统，通过控制稳定性的方式得到信号灯的控制周期；ALINEA控制器以下游路段的交通状态为依据来调整自身实时的信号配时。在整个控制过程中，可以随时通过仿真结果查看各个路

7、段上交通流的实时变化。最后，给出一个实际的包含4个交叉口的系统，应用所开发的模型库进行了建模、仿真及结果分析。关键词：交通信息物理系统；Modelica语言；元胞传输模型；信号灯控制策略IAbstractAbstractWiththetrafficproblembecomingmoreandmoreserious,Itisnecessarytocognizethetrafficphenomenonusingascientificapproachanddevelopanadvancedtechnologytosupportthetransportat

8、ionsystemsinordertorelievethetrafficcongestionandreduceenviro