基于尾气排放和系统阻抗最优的城市路网信号配时优化研究

摘要

经济的快速发展和城市化进程的加快，机动车保有量随之迅速增加，现存的交通基础设施和管理手段，造成交叉口的交通运行情况愈加紧迫，城市路网的通行效率日益下降，同时机动车尾气排放在环境污染的承担比例逐渐增高，严重影响人们的交通环境和生活环境。如何均衡经济发展和交通运行环境、生活环境之间的矛盾，越来越多的学者开始对其进行研究。因此，同时考虑城市路网中的机动车尾气排放和系统总阻抗，建立以其为优化目标的交通信号控制优化具有重要的现实意义。本文在总结国内外城市交通信号控制发展的基础上，针对城市交通信号控制问题进行系统化的理论整理和分析，并对交通信号控制优化的建模工具和求解算法详细介绍。在此基础上，构建城市路网交通信号控制优化系统的框架，以城市路网机动车尾气排放和系统总阻抗为优化目标，建立一个多目标的城市路网交通信号控制双层规划模型，并设计模型的求解算法。以vissim仿真平台对实际路网进行仿真求解和模型初始值计算，利用MATLAB软件设计改进的粒子群算法程序求解模型，通过与初始值、仿真结果进行对比分析，证明模型和求解算法的优越性。
　　本文的主要研究工作总结如下：
　　1.基于对城市交通信号控制、机动车尾气排放、双层规划模型及求解算法分析，运用双层规划的思想将交通信号控制和交通流分配相融合，设计城市道路交通信号控制优化系统。该系统由输入模块、信号优化模块、信号评估模块、输出模块组成，其中信号优化模块中的模型建立和求解算法是该系统的核心部分。
　　2.以城市路网中机动车的尾气排放和系统总阻抗最优建立上层问题的优化函数，并对其进行加权归一化处理；下层问题的构建采用用户最优的思想，最终构建一个考虑尾气排放和系统总阻抗的多目标双层规划模型。然后在传统粒子群算法的基础上，通过设计一种自适应变化的惯性权重系数函数和变异算子，避免求解过程过早的陷入局部收敛，并运用交互迭代思想求解构建的模型。
　　3.以常州市金坛中心老城区为研究对象，建立路网拓扑图，运用vissim仿真平台和MATLAB软件实现多目标双层模型的仿真运行和模型求解，对所得的优化结果进行分析，从机动车延误、尾气排放和系统总阻抗方面实现路网运行效率的分析，并通过调整上层问题的加权系数进行优化结果的灵敏度分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 论文选题背景及意义

1.2研究目标与内容

1.3研究技术路线

1.4本章小结

第二章 国内外文献综述

2.1城市交通信号控制国内外研究现状

2.2机动车尾气排放国内外研究现状

2.3 双层规划模型求解算法研究现状

2.4本章小结

第三章 交通信号控制相关理论与方法

3.1交通信号控制的基本问题

3.2交通流分配模型

3.3交通信号控制建模及求解算法

3.4本章小结

第四章 城市道路交通信号控制优化系统研究

4.1交通信号控制优化系统设计

4.2 交通信号控制多目标双层规划模型

4.3求解算法

4.4本章小结

第五章 实例分析

5.1研究对象与数据收集

5.2案例实现

5.3结果分析

5.4灵敏度分析

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要研究结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

硕士期间参加的科研项目、发表的论文与申请的专利