饱和状态下交叉口群控制策略与配时优化研究.pdf

东南大学
硕士学位论文
饱和状态下交叉口群控制策略与配时优化研究
姓名:任敏
申请学位级别:硕士
专业:交通运输规划与管理
指导教师:过秀成
20100101
摘要交叉口群作为协调控制的最小单位以及研究复杂交通系统的基本单元,与之相适应的信号控制技术尚不完善,对其路网结构、通行能力匹配、排队可靠性约束重视不足。为此,本文借鉴国内外交通信号控制理论研究和实践应用成果,分析和描述了交叉口群的空间结构特征和饱和交通流特征,深入研究了饱和状态下交叉口群信号控制的关键技术。本文归纳了交叉口群的相关定义和界定方法,通过距离关联和交通流量关联两方面界定交叉口群,并利用平均排队占比对交叉口群的饱和状态加以界定。分析了交叉口群饱和的原因,并从实际调杏和理论研究方面分析交叉口群的交通特征。在此基础之上,对交叉口群的建模问题进行了研究。分析了基于交通波动理论、车辆跟驰理论、元胞自动机理论和元胞传输模型等理论的交通流模型在交叉口群应用的适应性,总结了交叉口群对交通流模型的要求。引入元胞交通流密度和元胞长度两个参数,对P进行改进,并通过软件对该模型进行仿真论文提出了饱和状态下交叉口群控制目标和双层控制结构,将控制策略分解为网络优化层和单点优化层,对关键交叉口和关键路段的判别方法进行研究,并对关键交叉口提出了相位优化、绿灯时长优化和周期时长优化的控制策略,针对饱和状态交叉口群提出了相应的控制策略,即在关键交叉口上游实行红波协调控制,在关键交叉口下游实行绿波协调控制,从而保障交叉口群有序运行。根据交叉口群饱和状态的交通特征,以及其控制策略,论文研究了交叉口群内各信号控制交又口的优化目标和约束条件,提出了以关键交通流行程时间延误最小和平均排队占比最小为目标函数的多目标优化模型,进而从参考周期、相位著、车流影响系数矫娑越徊婵谌航信涫庇呕对单点优化层和网络优化层的求解算法进行详细的论述。仿真结果表明,交叉口群处于饱和状态时,论文所提出的控制策略和方法能有效地控制交叉口群交通量,均分分布交通压力,减少关键交通流关键词:饱和交叉口群;改进的P停还丶徊婵冢还丶煌鳎豢刂撇呗裕欢嗄勘暧呕验证。延误。
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。道路交通在平面交叉口处反复地分流、合流及交叉,使得该处的交通状况尤其复杂,所以城市交通拥挤问题往往突出表现在交叉口处,交叉口的拥挤和混乱程度比一般道路更为严重⋯。城市道路拥堵的极端表现形式为交叉口群甚至更大面积交通堵死的“多米诺”现象,这时路网交通流相互锁死,交通运行瘫痪。城市道路交叉口群是关联性较强的若干交叉口的集合,我国城市道路网络结构普遍存在交叉口间距短且交通关联性强的情况,任一交叉口发生拥堵都可能会引起交叉口群的拥堵。目前在很多大中城市中,交通拥堵己不仅仅出现在上下班高峰时间;在某些重要道路,全天候的常态拥堵亦不罕见。一旦出现交通“多米诺”现象,路网要经过相当长的时间才能恢复到正常运行状态,其损失不言而喻怛从整体的角度来看,缓解城市交通拥堵的问题涉及到城市政策法规、城市规划建设、城市交通管理等多个层次、多个方面的问题。从理论上讲,可以通过改造不合理的路网结构、改进信号配时方案等手段来避免这一现象的发生。但对已存在的路网进行改造需要大最的资金,施工周期较长,而且在道路改造期间会导致局部路网更加拥堵。在一些城市由于受到土地利用等多种因素制约,改造己存在路网难度极大,因此在现有道路条件下通过信号配时技术解决上述问题就显得尤为重要。从本质上看,“多米诺”现象是信号配时奔、道路特性占和交通流特性相互不协调的综合反映,道路结构设计及信号配时不合理是诱发“多米诺”现象的两个主要原因。从发生过程来看,“多米诺”现象一般是由于某一瓶颈交叉口的排队车辆上溯至上游交叉口,导致上游交叉口车流不能正常运行,逐渐影响周围关联交叉口,最终导致大范围的交通瘫痪。人们已经意识到利用交通信号控制是解决交通拥挤问题最经济有效的方式之一。将城市道路交叉口群统筹协调交通设计与管理是应对关键的几个大型交叉口或关联交叉口组成的交叉口群的交通阻塞问题的有效对策,使得整个城市的交通运行效率明显提高,时空资源合理运用。因此,开展对饱和状态下交叉口群的交通组织策略及交叉口群信号协调控制的研究显得十分迫切。城市交通信号控制方式种类繁多,按其控制范围可分为单点控制、干线控制和区域控制。单点控制的控制目标为被控制交叉口的控制效果最优,一般不考虑相邻路口的车流运行状况;干线控制以一条干线作为研究对象,以牺牲支路车流的利益为代价,对干线车流的运行进行协调控制;区域控制通过控制使整个被控区域的交通流运行状况最优,对整个区域进行协调控制。相较而言