基于城市交通擁堵預(yù)測(cè)的主動(dòng)信號(hào)控制方法研究.pdf

1、交通擁堵已嚴(yán)重制約我國(guó)城市健康可持續(xù)發(fā)展，信號(hào)控制作為城市交通管理措施的主要組成部分，它通過時(shí)空分離沖突車流以實(shí)現(xiàn)交叉口資源的優(yōu)化配置，進(jìn)而提高路網(wǎng)交通運(yùn)輸效率，是緩解城市交通擁堵的重要手段。我國(guó)城市交通具有路網(wǎng)結(jié)構(gòu)異質(zhì)、機(jī)非混行、駕駛行為多樣化等突出特點(diǎn)，對(duì)交通擁堵狀態(tài)下的信號(hào)控制提出了更高要求。本文面向緩解我國(guó)城市交通擁堵的信號(hào)控制要求，提出新的主動(dòng)信號(hào)控制方法。基于元胞自動(dòng)機(jī)仿真預(yù)測(cè)擁堵交通流，構(gòu)建自適應(yīng)信號(hào)控制算法積極適應(yīng)交通波

2、動(dòng)態(tài)勢(shì)，構(gòu)建宏觀基本圖信號(hào)控制評(píng)估方法主動(dòng)引導(dǎo)交通演化，均衡路網(wǎng)交通負(fù)荷，最終實(shí)現(xiàn)交通流運(yùn)行效率最優(yōu)和路網(wǎng)預(yù)防交通擁堵性能最強(qiáng)的雙重目標(biāo)，以此來緩解我國(guó)城市交通擁堵。
　　本文首先開展了城市交通擁堵特征以及危害的分析。過飽和狀態(tài)和機(jī)非干擾是我國(guó)城市交通擁堵的兩大致因，對(duì)信號(hào)控制造成了很大挑戰(zhàn)。過飽和狀態(tài)的危害在于交通溢流、交通滯留和交叉口死鎖等極端狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致綠燈紅化和車道饑餓，嚴(yán)重耗費(fèi)交叉口時(shí)空資源;機(jī)非干擾的危害在于機(jī)非干擾增大

3、車輛延誤，導(dǎo)致交通運(yùn)行紊亂，加速交通向擁堵的演化過程。現(xiàn)有的最優(yōu)化信號(hào)控制方法在信號(hào)方案優(yōu)化、信號(hào)方案評(píng)估和交通預(yù)測(cè)這三方面都存在諸多不足，本文基于此提出新的主動(dòng)信號(hào)控制的研究思路。通過分析主動(dòng)信號(hào)控制的方案優(yōu)化方法和方案評(píng)估方法，歸納了自適應(yīng)信號(hào)控制和宏觀基本圖兩個(gè)研究分支的基本原理。自適應(yīng)信號(hào)控制能夠充分調(diào)動(dòng)道路時(shí)空資源，預(yù)判交通發(fā)展態(tài)勢(shì)，動(dòng)態(tài)適應(yīng)局部交叉口的波動(dòng)交通流。宏觀基本圖提供了評(píng)估信號(hào)控制效果的理論工具，依據(jù)宏觀基本圖的反

4、饋信息，可進(jìn)一步優(yōu)選自適應(yīng)信號(hào)控制算法，引導(dǎo)信號(hào)控制主動(dòng)介入交通流的演化過程，從宏觀路網(wǎng)層次提升預(yù)防交通擁堵和加速擁堵消散的能力。兩類主動(dòng)信號(hào)控制方法都依賴于可靠地交通流預(yù)測(cè)平臺(tái)，通過比較分析多種交通流預(yù)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，元胞自動(dòng)機(jī)被推選為本文的交通預(yù)測(cè)模型。本文將建立過飽和狀態(tài)和機(jī)非干擾狀態(tài)下的交通流元胞自動(dòng)機(jī)預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合自適應(yīng)信號(hào)控制和宏觀基本圖的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建適合我國(guó)城市交通擁堵特點(diǎn)的主動(dòng)信號(hào)控制方法體系。為預(yù)測(cè)過飽和狀態(tài)下的交通流

5、，根據(jù)過飽和狀態(tài)下駕駛員的八種駕駛行為，構(gòu)建了元胞自動(dòng)機(jī)仿真模型，并在南京市四個(gè)交叉口進(jìn)行模型校核，模型指標(biāo)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證的結(jié)果都表明過飽和狀態(tài)下交通流預(yù)測(cè)的元胞自動(dòng)機(jī)模型能夠再現(xiàn)過飽和演化過程，交通流預(yù)測(cè)精度能夠滿足信號(hào)控制要求。為預(yù)測(cè)機(jī)非干擾下的交通流，本文分析了以非機(jī)動(dòng)車膨脹效應(yīng)為特征的機(jī)非干擾現(xiàn)象，建立了機(jī)非干擾狀態(tài)的元胞自動(dòng)機(jī)仿真模型，并在南京市和寧波市七個(gè)交叉口進(jìn)行模型校核，模型指標(biāo)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證的結(jié)果都表明機(jī)非干擾狀態(tài)下交

6、通流預(yù)測(cè)的元胞自動(dòng)機(jī)模型能夠再現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車膨脹效應(yīng)，機(jī)非干擾導(dǎo)致的機(jī)動(dòng)車延誤也能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)?；谝陨线^飽和狀態(tài)和機(jī)非干擾狀態(tài)下的交通流預(yù)測(cè)信息，設(shè)計(jì)了主動(dòng)信號(hào)控制算法。在優(yōu)化交通流運(yùn)行效率時(shí)，按照路網(wǎng)宏觀基本圖控制要求，采用自適應(yīng)控制中的自組織規(guī)則，充分考慮了機(jī)非干擾、交通溢流、交通滯留和交叉口死鎖的控制要求。為了在實(shí)際路網(wǎng)上驗(yàn)證主動(dòng)信號(hào)控制算法，本文基于Simulink開發(fā)了仿真測(cè)試平臺(tái)。在實(shí)際路網(wǎng)上的仿真測(cè)試證明，本文提出的主動(dòng)信號(hào)控制