面向事件的城市道路信號(hào)控制理論與方法研究.pdf

1、城市交通阻塞問(wèn)題已成為城市化發(fā)展過(guò)程中最為突出的問(wèn)題之一，交通阻塞不僅帶來(lái)了時(shí)間、經(jīng)濟(jì)、燃料的損失，還污染了環(huán)境，并給城市生活帶來(lái)了巨大的心理壓力。交通事件在城市道路交通中時(shí)常發(fā)生，如車(chē)輛碰撞、車(chē)輛拋錨、危險(xiǎn)物品泄漏、路面維護(hù)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(jì)耗費(fèi)。事件發(fā)生以后，如果交通控制系統(tǒng)缺乏對(duì)應(yīng)策略來(lái)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(duì)，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(jì)與預(yù)測(cè)，控制模型、算法和控制策略等幾個(gè)方面進(jìn)行面向事件的信號(hào)控制理論和方法的研究。 針對(duì)事件性交通阻塞現(xiàn)象，本文運(yùn)用交通波及激波理論，深入分析了信號(hào)交叉口運(yùn)行的多種狀態(tài)：非阻塞運(yùn)行狀態(tài)、輕度阻塞運(yùn)行狀態(tài)和重度阻塞運(yùn)行狀態(tài)，并構(gòu)建了信號(hào)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(diǎn)(段)阻塞演變模型。通過(guò)對(duì)交叉口重度阻塞運(yùn)行狀態(tài)分析，求得進(jìn)口道排隊(duì)系統(tǒng)中“可壓縮段”

3、向排隊(duì)尾部的移動(dòng)規(guī)律。根據(jù)交叉口之間的流量與信號(hào)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(diǎn)(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(shí)滯特性需要由交通狀態(tài)信息預(yù)測(cè)予以彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)控制的實(shí)時(shí)性。面向事件的動(dòng)態(tài)交通控制策略以交通狀態(tài)信息為基礎(chǔ)，準(zhǔn)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(shí)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)向比例和轉(zhuǎn)向流量有利于實(shí)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(xì)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(shí)時(shí)估計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)估計(jì)算法。 在模型的構(gòu)建中，針對(duì)中國(guó)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(chē)流相位差、車(chē)隊(duì)離散以及車(chē)流的延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度、停車(chē)次數(shù)等的計(jì)算模型。在交叉口基本運(yùn)行指標(biāo)的構(gòu)建中

5、以車(chē)流為基本計(jì)算單位，區(qū)別考慮含事件車(chē)流與不含事件車(chē)流；構(gòu)建了以各時(shí)段、各類路段、各類車(chē)流的加權(quán)延誤總和最小為目標(biāo)函數(shù)，考慮了過(guò)飽和情況下的車(chē)流溢流約束的控制算法，并以實(shí)數(shù)編碼的遺傳算法(RGA)為主的組合算法對(duì)各控制算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。由于交通事件發(fā)生和處理的過(guò)程是一個(gè)變化的過(guò)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(duì)控制參數(shù)進(jìn)行了多階段的優(yōu)化，采用多階段準(zhǔn)動(dòng)態(tài)化優(yōu)化來(lái)響應(yīng)實(shí)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(píng)價(jià)功能，對(duì)面向事件的交通控制模塊進(jìn)行研究，形成了控制模型和算法。通過(guò)含有六個(gè)交叉口的路網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)證和分析，采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)(MOE)為整個(gè)路網(wǎng)的總延誤，結(jié)果表明本文采用的方法對(duì)于事件性阻塞具有較好改善效果。 結(jié)合動(dòng)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(dòng)態(tài)控制框架和流程。面向事件的動(dòng)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)