面向车头时距精准管理的干道BRT信号优先方法

摘要

BRT系统作为一种高服务质量、低投入成本的公共交通运输方式，已成为国内外大中型城市公共交通网络的重要组成部分。为满足城市居民的通行需求、吸引更多的客流量，BRT线路通常布设于城市干道沿线。 城市干道沿线的短间距交叉口通常实施协调信号控制，以保障主要通行方向的机动车的连续通行状态。随着机动车数据采集设备的普及应用，感应式协调信号控制逐步成为城市干道系统中交通信号控制的主要技术形式。背景信号配时方案的生成与调整是感应式协调信号控制的关键技术，如何在无人为干预的情况下使得信号控制机自主生成满足预定目标的背景信号配时方案，并以一种低成本高效率的方式提高信号控制机的自主控制水平和智能化程度，是感应式协调信号控制技术的发展过程中所面临的一项难题。 针对上述问题，本文提出基于卡尔曼滤波的感应式协调信号自主控制方法。该方法的控制目标为：自主适应道路使用者通行时间资源需求的长时波动，改善社会车辆的通行效率和协调效果。利用传统交通数据采集设备建立机动车相位基础绿灯时间需求观测模型，利用卡尔曼滤波算法建立机动车相位的基础绿灯时间需求的估计和预测模型；利用机动车相位基础绿灯时间需求观测、估计和预测模型，构建机动车相位的通行时间资源需求水平的描述方式；将N个信号周期作为时间间隔，以机动车相位的基础绿灯时间需求为导向，建立背景信号配时方案的动态调整方式。仿真实验表明，该方法能够在无人为干预的情况下主动适应道路使用者交通需求水平的连续变化，有效提高干道系统中社会车辆的通行效率和协调效果。 BRT系统普遍具有运量大、频率高的特点，适合采用基于车头时距的运行控制方法，即运行控制的目标为保障BRT车辆运行过程中在任意给定道路断面的实际车头时距的均衡性。传统基于车头时距的有条件信号优先方法存在社会车辆通行效率有待提高、车头时距偏移量修正能力受限等技术问题。 针对上述问题，本文在感应式协调信号自主控制技术的基础上提出一种能够精准管理BRT系统车头时距的有条件信号优先方法。该方法的控制目标为：在通行时间供给特性和社会车辆协调控制机制的共同约束下，尽可能消除或合理发挥信号灯对BRT车辆运行的阻滞作用，保障BRT车辆通过停止线的车头时距均衡性。该方法以具有路中型BRT专用道的感应式协调信号控制交叉口为研究对象，根据BRT优先请求和个体交叉口的信号运行状态，建立BRT相位的优先通行模式和跟随通行模式；在优先通行模式下为感应式BRT相位提供3类通行机会，以最大化修正BRT车辆通过停止线时的车头时距偏移量为主要目标，构建各类通行机会的触发方式。仿真实验结果表明，该方法在较高的机动车交通需求水平下能够有效地修正BRT车辆在交叉口停止线断面的车头时距偏移量，同时不给社会车辆的通行效率和协调效果带来明显的负面影响。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 现实背景及意义

1.1.2 理论背景及意义

1.2 国内外研究综述

1.2.1 感应式协调信号控制方法

1.2.2 公交信号优先控制方法

1.3 研究内容

1.4 技术路线

2 基于卡尔曼滤波的感应式协调信号自主控制方法

2.1 概述

2.2 研究对象

2.3 相位结构设计

2.3.1 相位设置

2.3.2 相位组合方案

2.3.3 相位显示顺序

2.4 检测器布设

2.5 感应式协调信号控制逻辑

2.6 基础绿灯时间需求的观测、估计以及预测方法

2.6.1 卡尔曼滤波算法

2.6.2 基础绿灯时间需求的观测方法

2.6.3 基础绿灯时间需求的估计、预测方法

2.7 背景配时方案的调整方法

2.7.1 基础信号周期时长

2.7.2 基础通行时长和基础绿灯时间

2.7.3 强制绿灯切断时刻和允许绿灯切断时刻

2.7.4 基础相位差

2.7.5 新旧方案的过渡方法

3 感应式协调信号自主控制环境下的BRT信号优先方法

3.1 概述

3.2 研究环境

3.3 BRT车辆检测器布设

3.4 BRT相位的通行模式

3.4.1 优先通行模式

3.4.2 跟随通行模式

3.5 优先通行模式技术细节

3.5.1 BRT相位通行机会

3.5.2 BRT车辆的理想Check-out时刻

3.5.3 控制目标

3.5.4 BRT相位的最佳通行时长

3.5.5 信号优先控制逻辑

4 仿真实验

4.1 实验方案一

4.1.1 道路空间布局

4.1.2 交通需求条件

4.1.3 信号控制条件

4.1.5 仿真实验结果

4.2 实验方案二

4.2.1 道路空间布局

4.2.3 信号控制条件

4.2.5 仿真实验结果

结论

1. 主要研究成果与创新点

2. 不足之处与工作展望

参考文献

附录A 交通需求抽样结果

附录B 对照组标定结果

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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