车联网环境下混杂型超网络建模及其协同演化分析

作为物联网重点发展领域之一，车联网是信息嵌入交通网络的车路协调系统，具有非确定、高混杂和强关联等特征，深入研究交通网络和通讯网络的耦合对车联网发展具有重要理论意义。本项目以构建信息互动、自治协同的车路协调系统为目标，依托本团队初步构建的车联网通讯仿真平台和车路协调实验平台，按照"超网络建模-协同演化分析-仿真实验验证"的研究思路，探究车路协调系统的物理空间和信息空间的融合机理，构建车网、路网、信息网三网合一的超网络架构；分别在连续流和间断流的路网环境下，提出车车、车路及交通环境的动力行为存在连续过程和离散过程交替作用的混杂型超网络动态模型；从宏观到微观、大尺度到中尺度、定性到定量探究混杂型交通超网络的结构机理、行为特性和演化规律。研究成果为智能交通系统中车联网的规划实施提供理论支撑。

作为物联网重点发展领域之一，车联网是信息嵌入交通网络的车路协调系统，具有非确定、高混杂和强关联等特征。深入研究交通网络和通讯网络的耦合对车联网发展具有重要理论意义。本项目以构建信息互动、自治协同的车路协调系统为目标，深入探究了混杂型交通超网络的动力学建模和演化机理。首先，我们深入分析了车路协调系统物理空间和信息空间的融合机理，构建了车网、路网、信息网三网合一的超网络架构。其次，基于该超网络构架，建立了车联网环境下耦合映射跟驰模型，得到了车队稳定参数的取值范围和该模型下的无拥堵条件。再次，分别在连续流和间断流的路网环境下，提出车车、车路及交通环境的动力行为存在连续过程和离散过程交替作用的混杂型超网络动态交通模型，获得了一系列研究成果。然后，我们研究了双车道耦合车网的多车通讯模型，结果表明，在双车道考虑车间通讯机制可以更好地抑制交通堵塞，并给出了不同通讯尺度对模型动态性能的影响。最后，从宏观到微观、大尺度到中尺度、定性到定量探究了混杂型交通超网络的结构机理、行为特性和演化规律。基于相空间重构和递归图分析，研究了交通系统中若干关键交通节点形式的交通行为的递归结构；探索了通信网络结构和尺度对交通系统的影响;从大系统的角度推导出了系统的扰动矩阵，给出了该高维矩阵特征值的解析解，并得到了稳定性条件。本项目均按计划实施，已经完成项目计划内容。此外，为了进一步探索新的研究思路和方法，计划外我们还对超网络的拉普拉斯矩阵及其特征值谱进行研究，给出了复杂超网络一致性的充分必要条件；而且引入了演化博弈理论对多层复杂网络上的公平行为进行分析，获得了多层网络自私容忍度的解析解。以上研究成果不仅促进新的交通系统建模方法的研究与应用，而且为智能交通系统中车联网的规划实施提供理论支撑，为交通工程部门在未来规划、设计和完善交通网络、提高交通系统智能化管理水平提供科学依据。