信號(hào)控制子區(qū)動(dòng)態(tài)劃分及區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、城市交通信號(hào)控制是提高城市路網(wǎng)通行效率、緩解城市交通擁堵問(wèn)題的重要手段。合理的城市交通信號(hào)控制策略，不僅需要考慮城市路網(wǎng)中每個(gè)信號(hào)控制路口的信號(hào)配時(shí)方案，還需要將聯(lián)系較緊密的信號(hào)控制路口相互協(xié)調(diào)起來(lái)，提高路網(wǎng)的整體通行效率。城市交通信號(hào)控制的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，可以從以下三個(gè)方面入手：將城市路網(wǎng)劃分成若干個(gè)合理的信號(hào)控制子區(qū)；對(duì)城市路網(wǎng)中孤立的信號(hào)控制路口采用單點(diǎn)自適應(yīng)信號(hào)控制；以及對(duì)信號(hào)控制子區(qū)內(nèi)的路口采用區(qū)域協(xié)調(diào)信號(hào)控制。
　　 本

2、文首先總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在城市交通信號(hào)控制優(yōu)化方法方面的研究，分析了信號(hào)控制子區(qū)劃分、單點(diǎn)自適應(yīng)信號(hào)控制以及區(qū)域協(xié)調(diào)信號(hào)控制中存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行城市交通信號(hào)控制優(yōu)化方法的改進(jìn)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下四點(diǎn)。
　　 第一，提出考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號(hào)控制子區(qū)動(dòng)態(tài)劃分方法。首先對(duì)已有信號(hào)控制子區(qū)劃分方法所基于的距離、流量、周期三原則進(jìn)行改進(jìn)：用關(guān)聯(lián)度指數(shù)(Coupling Index)表征距離-流量原則，并在子區(qū)劃分時(shí)按關(guān)聯(lián)度指數(shù)從

3、大到小的順序搜索路網(wǎng)中各路口；針對(duì)已有合理信號(hào)周期范圍確定方法的主觀性較強(qiáng)的問(wèn)題，提出基于延誤分析的合理信號(hào)周期范圍確定方法。然后針對(duì)現(xiàn)有的基于距離、流量、周期三原則的信號(hào)控制子區(qū)劃分方法不能很好地保證信號(hào)控制子區(qū)內(nèi)協(xié)調(diào)控制效果的問(wèn)題，提出將子區(qū)內(nèi)的協(xié)調(diào)控制目標(biāo)作為子區(qū)劃分中的輔助原則。在符合距離、流量、周期三原則的前提下，合理的信號(hào)控制子區(qū)內(nèi)還必須獲得足夠大的綠波帶寬。最后給出了考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號(hào)控制子區(qū)劃分流程和子區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整方法

4、。
　　 第二，提出基于交通狀態(tài)判別的單點(diǎn)自適應(yīng)控制優(yōu)化方法。根據(jù)城市路口的流量比率和時(shí)間占有率，將其交通狀態(tài)劃分成空閑、順暢、繁忙、擁堵四個(gè)等級(jí)。在不同的交通狀態(tài)下，根據(jù)其交通流特點(diǎn)和駕駛員心理特征制定相對(duì)應(yīng)的交通信號(hào)控制目標(biāo)，并設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)行指標(biāo)(Performance Index)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。運(yùn)行指標(biāo)由車輛延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度和通行能力三個(gè)運(yùn)行參數(shù)組成，并采用相對(duì)指標(biāo)形式。在交通狀態(tài)穩(wěn)定而交通流隨機(jī)波動(dòng)的情況下，通過(guò)分析交

5、通流短時(shí)變化趨勢(shì)，對(duì)信號(hào)配時(shí)方案中各相位的綠燈時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的微調(diào)，使自適應(yīng)配時(shí)方案既符合不同交通狀態(tài)下的交通流特點(diǎn)，又適應(yīng)交通流的隨機(jī)性。
　　 第三，提出基于Q學(xué)習(xí)的非對(duì)稱變帶寬雙向綠波帶優(yōu)化控制方法。首先提出將上下行紅燈結(jié)束時(shí)間車輛排隊(duì)長(zhǎng)度相等作為上下行綠波帶寬分配的目標(biāo)，并用Q學(xué)習(xí)算法動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)和優(yōu)化變帶寬非對(duì)稱雙向綠波帶控制中上下行綠波帶寬的權(quán)重。為了克服交通流參數(shù)這種大規(guī)模連續(xù)狀態(tài)空間下產(chǎn)生的維數(shù)災(zāi)難問(wèn)題，本文采用人工神

6、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為Q學(xué)習(xí)算法中的Q函數(shù)。在動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中，在Q函數(shù)的作用下，根據(jù)當(dāng)前路口和上游路口的實(shí)時(shí)交通參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)纳舷滦芯G波帶寬權(quán)重修改動(dòng)作，動(dòng)態(tài)地得到上下行綠波帶寬分配比例。Q學(xué)習(xí)算法則根據(jù)上下行紅燈結(jié)束時(shí)間排隊(duì)車輛數(shù)之差，動(dòng)態(tài)地修正人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各連線的權(quán)值，得到最優(yōu)的Q函數(shù)。
　　 第四，以廣州市天河中心區(qū)路網(wǎng)為算例，驗(yàn)證本文提出的優(yōu)化方法的有效性。將原有的城市信號(hào)控制優(yōu)化方法和本文提出的新優(yōu)化控制方法應(yīng)用于廣州市天河中心

7、區(qū)路網(wǎng)，并用微觀交通仿真軟件Paramics對(duì)其進(jìn)行仿真和評(píng)價(jià)。根據(jù)仿真結(jié)果從路網(wǎng)總體控制效果、單點(diǎn)自適應(yīng)控制結(jié)果、子區(qū)協(xié)調(diào)控制結(jié)果三方面進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號(hào)控制子區(qū)動(dòng)態(tài)劃分方法能保證子區(qū)中獲得足夠的綠波帶寬；基于交通狀態(tài)判別的單點(diǎn)自適應(yīng)控制優(yōu)化方法在各種交通狀態(tài)下都可獲得較好的控制效果；基于Q學(xué)習(xí)的變帶寬非對(duì)稱雙向綠波帶優(yōu)化控制方法能夠更合理地分配上下行綠波帶寬，保證上下行紅燈結(jié)束時(shí)間車輛排隊(duì)長(zhǎng)度基本保持