基于车路协同环境的干线信号控制方法研究

摘要

随着中国经济的飞速发展和城市化进程的不断加快，居民出行次数和机动车保有量急剧增加，交通基础设施的建设远远跟不上日益增长的交通需求，供需之间的矛盾愈发尖锐，引发出交通拥堵、环境污染、事故频发、能源浪费等一系列全球各国面临的共同问题。车路协同技术作为智能交通运输领域的前沿技术，是解决城市交通拥堵问题的有效方法之一，目前得到了交通研究者和管理者的重点关注。车路协同系统基于先进的无线通信、传感器检测、数据融合技术，实时获取道路和车辆的有效信息，通过建立的车路通信、车车通信，将人、车、路、环境有效地联系起来，进行道路交通流的协同管理和主动控制，从而提升道路资源的利用率，改善交通安全，缓解交通拥堵。 城市主干道是城市交通的骨架，承担着城市交通的主要压力，也是交通拥堵的主要发生源，因此有效提高城市干线的协调效果对整个城市交通网络状况的改善具有重要意义。开展车路协同环境下的干线协调控制技术研究，不仅有利于提高城市交通效益和安全，也为新一代智能网联驾驶技术的推广提供了技术储备。本文分析了协调效果的影响因素和现有控制策略的适应性，重点研究了基于车路协同环境的干线信号控制方法。主要完成了以下几个方面的工作: (1)分析总结了目前国内外车路协同技术的发展现状和干线信号协调控制方法的优势和不足，介绍了干线信号协调的理论体系:控制参数、评价指标、影响因素，对目前广泛使用的最大绿波带宽模型和最小延误模型进行了适应性分析。 (2)介绍了基于车路协同环境的交通信号控制系统基础框架，提出了基于车路协同环境的单点交叉口协同优化模型;在此基础上，将传统MultiBand模型加以改进，并引入交叉口清空可靠性理论，建立一种分级协调控制框架，并对框架中的信号配时和车速引导模块进行了重点研究，提出了一种动态速度引导动态信号配时(Dynamic Speed Guidance and Dynamic Signal Timing，DSDS)的集成优化控制模型。 (3)利用仿真软件VISSIM及其COM接口技术、MATLAB编程环境搭建了车路协同环境下的城市干线信号协调控制测试平台，并对交通信息采集、车速引导和信号配时模块进行了详细的论述。最后，以长沙市五一路6个连续交叉口为研究实例，设计了仿真对比实验来验证本文所提出模型的先进性和有效性，并对路段最大限速、车载市场渗透率和建议车速遵从率等模型参数进行了敏感度分析。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状及述评

1．2．1车路协同技术的研究

1．2．2传统环境下干线绿波协调协调控制研究

1．2．3车路协同环境下城市信号控制方法的研究

1．2．4研究现状评述

1．3研究内容及技术路线

第二章干线信号协调控制的理论体系

2．1干线协调控制基本理论

2．1．1干线交通信号控制参数

2．1．2干线交通信号控制评价指标

2．2影响协调控制效果因素分析

2．3常用协调控制模型及适应性分析

2．3．1基于最大绿波带的控制模型

2．3．2基于延误最小的控制模型

2．4算例分析

2．5本章小结

第三章基于车路协同的单点交叉口信号控制方法

3．1基于车路协同的交通信号控制系统简介

3．1．1智能车载系统

3．1．2智能路侧系统

3．1．3车路/车车通信系统

3．2基于车路协同环境的交通信号控制实现原理

3．2．1车路协同环境下的控制方式简介

3．2．2车路协同环境下的交通信号控制系统框架

3．2．2基于车路协同环境的交叉口信号控制原理

3．3基于车路协同环境的交叉口信号控制优化方法

3．3．1初始绿灯时间

3．3．2相位饱和度

3．3．3控制流程

3．4本章小结

第四章基于车路协同的干线信号协调控制方法

4．1基于车路协同的干线信号协调控制思想及流程

4．1．1传统分级协调控制思路及流程

4．1．2基于车路协同的分级协调控制思路及流程

4．2分级控制策略

4．2．1协调层控制

4．2．2控制层控制

4．3 DSDS信号协调控制模型

4．3．1基本思路

4．3．2模型假设

4．3．3优化模型

4．4本章小结

第五章车路协同环境下的干线协调控制仿真

5．1需求分析

5．2仿真平台设计

5．2．1软件环境

5．2．2仿真实验总体框架设计与设计

5．3优化方法

5．4仿真实验

5．4．1实验对象

5．4．2对比方案

5．5实验结果及敏感度分析

5．5．1实验结果对比分析

5．5．2模型参数敏感性分析

5．6本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录