基于机动车排放的城市信号控制策略研究

摘要

城市道路信号控制会引起到达交叉口进口道的车辆运行工况发生变化，从而使机动车在交叉口的排放大大增加。如何通过有效的信号控制来减少机动车排放已成为城市交通控制研究的一项重要课题。目前直接以交叉口机动车排放为优化目标的信号控制研究还很匮乏，现有的相关研究还仅限于单点信号控制优化。基于此，本文以单个交叉口的机动车排放分析为基础，建立了以排放最小为目标的交叉口群的信号控制优化模型;借助交通仿真与优化模型之间的交互运算，实现了交叉口群机动车排放优化，并制定了相关的信号控制策略。
　　在交叉口排放计算模型方面，本文采用基于交叉口停车状况的排放计算方法。基于比功率分区排放因子对车辆的减速、怠速、加速、匀速四种工况的排放因子进行标定。在排放因子的标定过程中，红灯期间到达的车辆被视为完全停车;绿灯前期，即排队消散期间，到达的车辆被视为不完全停车;绿灯后期，即排队已完全消散后，到达的车辆被视为不停车。结合到达交叉口进口道的个体车辆停车状况与相应的运行工况，本文计算获得交叉口进口道上各个车道的机动车排放量，并对各个车道的车辆排放进行汇集获得交叉口机动车总排放。
　　在交叉口群信号控制优化的过程中，本文保持原信号配时方案中的相位设计和周期时长不变，只对绿灯时长进行优化，并采用遗传算法求解优化模型，通过交通仿真与信号优化控制算法的交互，获得交叉口群的最优配时方案。本文选取昆山市中心城区包含7个相邻交叉口的交叉口群进行实例分析，评估结果证实了优化模型的有效性。最后以延误为信号优化的辅助评价指标，结合排放分析，制定了相关信号控制策略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目标与内容

1．2．1 研究目标

1．2．2 研究内容

1．3 技术路线

1．3．1 技术路线描述

1．3．2 技术路线图

1．4 论文章节安排

1．5 本章小结

第二章 文献综述

2．1 概述

2．2 机动车排放模型文献综述

2．3 考虑排放因素的信号控制研究现状

2．3．1 信号控制对排放的影响

2．3．2 以机动车排放为优化目标的信号控制优化

2．4 本章小结

第三章 交叉口排放模型比选

3．1 概述

3．2 交叉口交通特性分析

3．2．1 交叉口到达-离去车流

3．2．2 交叉口车辆停车分析

3．3 交叉口排放计算模型对比

3．3．1 基于车辆延误的排放计算模型

3．3．2 基于机动车比功率的排放计算模型

3．3．3 基于车辆停车状况的排放计算模型

3．4 本章小结

第四章 基于排放的交叉口群信号控制优化

4．1 概述

4．2 交叉口群的基本控制理论

4．2．1 交叉口群的交通特性分析

4．2．2 城市交通信号控制理论基础

4．2．3 交通信号控制性能评估指标

4．3 交叉口群信号控制优化模型

4．3．1 目标函数

4．3．2 约束条件

4．3．3 优化模型

4．4 优化模型求解方法

4．4．1 遗传算法概述

4．4．2 信号控制配时参数优化流程

4．5 本章小结

第五章 信号控制优化仿真评估及控制策略研究

5．1 概述

5．2 信号控制优化仿真

5．2．1 仿真环境搭建

5．2．2 MATLAB中遗传算法的实现

5．3 优化方案求解

5．3．1 相关计算参数的确定

5．3．2 求解优化方案

5．4 基于排放的信号控制优化评估及控制策略研究

5．4．1 高峰时段性能评估

5．4．2 平峰时段性能评估

5．4．3 性能评估结论

5．4．4 信号控制策略制定

5．5 本章小结

第六章 结论

6．1 论文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录

科研经历与硕士期间发表论文情况