交叉口仿真平台开发及交通信号控制策略研究

摘要

随着社会经济高速发展和城市化进程持续加快，城市路网中的车辆数持续增长，城市拥堵问题日益严重，制约了城市经济的进一步发展。交叉口作为城市道路的交汇点，是交通拥堵问题的集中发生区域，因此，对交叉口信号控制及仿真的深入研究具有理论意义和应用价值。 本文从交叉口系统仿真建模、交叉口仿真系统开发及交叉口信号控制三个方面为出发点，建立了交叉口系统仿真模型体系，开发实现了交叉口交通仿真系统，在对交警指挥交通过程的分析的基础上，将模糊控制的思想应用于交叉口信号灯控制并设计实现了交叉口模糊控制器。论文的主要工作如下: (1)阐述了本文的研究背景及研究意义，对交通流、交通仿真及交叉口信号控制的发展现状进行了分析与总结。 (2)建立了交叉口系统仿真模型，主要包括交叉口系统对象模型和交叉口系统实时变化模型两部分。将交叉口系统看做由车辆、车道、路段、信号灯四部分组成，为上述每个部分建立了面向对象的数学模型，构成了交叉口系统对象模型。将交叉口系统的实时变化拆分为上述各个组成部分的实时变化，建立了每个组成部分的实时变化模型，构成了交叉口系统实时变化模型。 (3)开发了交叉口仿真系统，包括交通系统模块、交通系统实时仿真模块、信号灯控制模块、数据库、人机交互界面五大部分，完成了每一部分的布局设计和功能实现，最终将其集成为一个完整的交叉口仿真系统。 (4)模拟实际交警指挥交通的思维方法及过程，将模糊控制应用于交叉口信号控制，并利用本文所建交叉口仿真系统进行了实验验证了其具有较好的控制效果。对交叉口信号灯模糊控制进行了进一步的改进，得到了交叉口信号灯变相序模糊控制，同样验证其具有较好的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义第1章绪论

1．2国内外研究现状

1．3本文的主要工作与结构

2．1交通流理论

2．2交通信号控制基础知识

2．3交通仿真基础知识

第3章交叉口系统仿真建模

3．1交叉口系统组成分析

3．1．1道路及其结构

3．1．2信号灯及其控制参数

3．1．3车辆及其行驶影响因素

3．1．4交叉口仿真系统模型总体框图

3．2面向对象建模

3．2．1路段

3．2．2车道

3．2．3信号灯

3．2．4车辆

3．3道路结构建模及相关计算模型

3．3．1道路结构建模

3．3．2车道长度建模

3．3．3车道实测流量建模

3．4交通流生成过程建模及相关计算模型

3．4．1交通流生成建模

3．4．2车头时距模型

3．4．3车辆速度分布模型

3．4．4车型、车辆颜色、车辆流向分布模型

3．5车辆运行过程建模及相关计算模型

3．5．1车辆运行过程分析及建模

3．5．2车辆运行相关参数建模

3．5．3自由行驶状态及其加速度转化过程建模

3．5．4跟驰行驶状态及其加速度转化过程建模

3．5．5制动停车状态及其加速度转化过程建模

3．5．6刹车失败处理

3．5．7启动状态及其加速度转化过程建模

3．5．8先启后停状态及其加速度转化过程建模

3．5．9无信号灯影响状态及其加速度转化过程建模

3．5．10车辆行驶状态汇总及ANext计算模型汇总

3．6信号灯运行过程建模

3．6．1信号灯状态初始化过程建模

3．6．2变换信号灯状态过程建模

3．7统计评价参数模型

3．8本章小结

第4章交叉口仿真系统设计及实现

4．1开发目的及功能结构

4．2交通系统模块

4．3交通系统实时仿真模块

4．3．1交通系统实时仿真进程控制

4．3．2交通系统实时刷新主流程

4．3．3车辆行驶动作及相应状态刷新

4．4信号灯控制模块

4．4．1定时控制模块

4．4．2感应控制模块

4．5数据库设计

4．6人机交互界面设计

4．6．1界面设计及实现方法

4．6．2界面实现

4．7本章小结

第5章交叉口信号模糊控制

5．1模糊控制基础理论

5．1．1模糊控制原理及步骤

5．1．2模糊控制相关概念

5．1．3模糊控制器的设计流程

5．2交叉口信号模糊控制

5．2．1模糊控制与交通信号控制

5．2．2控制对象分析

5．2．3交叉口模糊控制控制器设计

5．2．4变相序模糊控制控制器设计

5．3模糊控制模块实现

5．4本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢