面向事件的城市道路信號控制理論與方法研究.pdf

1、城市交通阻塞問題已成為城市化發(fā)展過程中最為突出的問題之一，交通阻塞不僅帶來了時間、經(jīng)濟、燃料的損失，還污染了環(huán)境，并給城市生活帶來了巨大的心理壓力。交通事件在城市道路交通中時常發(fā)生，如車輛碰撞、車輛拋錨、危險物品泄漏、路面維護等等，事件性交通阻塞已成為交通阻塞的重要組成部分，每年都造成巨大的經(jīng)濟耗費。事件發(fā)生以后，如果交通控制系統(tǒng)缺乏對應(yīng)策略來響應(yīng)事件的發(fā)生，就容易造成交通事件影響的肆意蔓延，形成超常排隊，最終引發(fā)溢流和路網(wǎng)的死鎖。本文

2、從阻塞的形成與演變規(guī)律、應(yīng)用于控制的交通狀態(tài)信息估計與預(yù)測，控制模型、算法和控制策略等幾個方面進行面向事件的信號控制理論和方法的研究。 針對事件性交通阻塞現(xiàn)象，本文運用交通波及激波理論，深入分析了信號交叉口運行的多種狀態(tài)：非阻塞運行狀態(tài)、輕度阻塞運行狀態(tài)和重度阻塞運行狀態(tài)，并構(gòu)建了信號交叉口的阻塞傳播與阻塞消散特性模型，以及事件發(fā)生情況下事件點(段)阻塞演變模型。通過對交叉口重度阻塞運行狀態(tài)分析，求得進口道排隊系統(tǒng)中“可壓縮段”

3、向排隊尾部的移動規(guī)律。根據(jù)交叉口之間的流量與信號控制的關(guān)系，分析了上游交叉口與下游交叉口之間及事件點(段)與交叉口之間阻塞演變影響，闡述了阻塞演變與交通控制策略的緊密關(guān)系。 交通控制自身的時滯特性需要由交通狀態(tài)信息預(yù)測予以彌補，從而實現(xiàn)控制的實時性。面向事件的動態(tài)交通控制策略以交通狀態(tài)信息為基礎(chǔ)，準確地獲取控制策略所需的狀態(tài)信息能夠提高在線控制效益。本文嘗試剖析交通控制的實質(zhì)，分析交通狀態(tài)信息與交通控制的關(guān)系，總結(jié)了事件發(fā)生條件

4、下的交通狀態(tài)信息體系、特征及相互之間的關(guān)系。在交通事件發(fā)生的情況下，實時準確地跟蹤實際轉(zhuǎn)向比例和轉(zhuǎn)向流量有利于實施靈活的控制策略，響應(yīng)交通事件的發(fā)生。本文分別在粗粒度、細粒度條件下，構(gòu)建了交叉口轉(zhuǎn)向比例與轉(zhuǎn)向流量的實時估計模型，實現(xiàn)了對應(yīng)的實時估計算法。 在模型的構(gòu)建中，針對中國典型特征的交叉口模式，分別構(gòu)建了相位相序、出口道控制流、車流相位差、車隊離散以及車流的延誤、排隊長度、停車次數(shù)等的計算模型。在交叉口基本運行指標的構(gòu)建中

5、以車流為基本計算單位，區(qū)別考慮含事件車流與不含事件車流；構(gòu)建了以各時段、各類路段、各類車流的加權(quán)延誤總和最小為目標函數(shù)，考慮了過飽和情況下的車流溢流約束的控制算法，并以實數(shù)編碼的遺傳算法(RGA)為主的組合算法對各控制算法進行實現(xiàn)。由于交通事件發(fā)生和處理的過程是一個變化的過程，本文考慮了交通事件管理其他措施與控制的關(guān)聯(lián)性，對控制參數(shù)進行了多階段的優(yōu)化，采用多階段準動態(tài)化優(yōu)化來響應(yīng)實際通行條件的變化。 本文結(jié)合交通事件發(fā)生的特殊條

6、件與一般控制條件，考慮控制參數(shù)的優(yōu)化功能和控制方案的評價功能，對面向事件的交通控制模塊進行研究，形成了控制模型和算法。通過含有六個交叉口的路網(wǎng)進行驗證和分析，采用的評價指標(MOE)為整個路網(wǎng)的總延誤，結(jié)果表明本文采用的方法對于事件性阻塞具有較好改善效果。 結(jié)合動態(tài)控制自身特性與面向事件的控制要求，本文提出了基于規(guī)則和優(yōu)化的混合動態(tài)控制框架和流程。面向事件的動態(tài)控制流程包含了事件階段的整體控制優(yōu)化和階段內(nèi)的調(diào)整控制優(yōu)化。在事件發(fā)