基于道路交通状态判别的干线动态协调控制优化方法研究

摘要

近年来，随着我国城市发展规模的不断扩大和空间结构的不断调整，出行距离逐渐增长，交通需求总量持续增加，日益显现出交通时空资源供给与需求的不均衡性。城市交通拥堵呈现出拥堵时间从高峰时段向平峰时段延伸、拥堵范围从局部向区域扩展、拥堵状态从偶发性向常态化转变的态势，城市交通系统运行面临严峻挑战，提高路网的服务水平与通行能力成为缓解城市交通拥堵的重要举措。
　　研究表明，仅仅通过加快城市道路的建设速度来治理城市交通拥堵问题是远远不够的，需要依靠先进的道路交通管理与控制措施来缓解城市交通拥堵问题。本文以城市道路为研究对象，针对其交通场景和路网形态，分析城市道路各交叉口及路段的交通网络要素及相互作用机理，判别道路交通状态，研究缓解道路交通拥堵策略，提出有效的干线动态协调控制优化方法，研究成果为我国城市道路系统交通管理与控制提供技术支撑和理论依据。研究内容简要如下:
　　第一部分道路交通信息采集及特性参数分析。通过分析车辆检测器的工作原理，对环形线圈检测器提出布局优化，基于交通信息的采集，研究道路交通参数并对其时间维度和空间维度的相似性进行分析，为道路交通状态判别提供基础依据。
　　第二部分道路交通状态判别。运用模糊综合层次分析法解析各评判指标与各交通状态之间的相互作用机理，包括因素集和判断集的确定、各评判指标隶属函数的建立及其权重的计算，分别对各评判指标和道路交通状态进行单因素判断和模糊综合评判，确定道路交通状态综合指数。
　　第三部分道路交通信号控制策略。基于道路交通状态判别，对道路交通信号控制策略进行深入研究。通过研究点、线、面控制的工作机理，分析各交叉口的关联特性并进行控制子区划分，依据交通流的运行状态对控制方式进行选取并采用相应评价指标对控制策略进行效果评价，揭示控制策略的协同作用。
　　第四部分干线动态协调控制优化。基于道路交通状态判别及道路交通信号控制策略的分析，以动态协调控制为理念，以交通波理论为基础，对周期、相位相序、绿信比和相位差等控制参数进行综合优化，提出以提高道路服务水平为主线的干线动态协调控制优化方法，并建立定量化模型。
　　第五部分案例分析。利用TDP绿波工具软件对黄岛开发区滨海大道进行双向绿波动态协调控制优化，对所得数据进行数理统计分析，通过对比动态协调控制优化前后的指标值，验证动态协调控制优化方法的准确性与实用性，研究适合我国城市道路的干线动态协调控制优化方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 课题来源

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究对象和研究内容

1．4．1 研究对象

1．4．2 研究内容

1．5 研究目的与技术路线

1．6 本章小结

第2章 道路交通信息采集及特性参数分析

2．1 车辆检测器类型及工作原理

2．1．1 环形线圈检测器

2．1．2 地磁检测器

2．1．3 微波检测器

2．2 检测器的布局优化

2．2．1 感应检测器的布设

2．2．2 排队检测器的布设

2．2．3 拥堵检测器的布设

2．3 交通参数检测及计算

2．3．1 交通流量

2．3．2 占有率

2．3．3 速度

2．3．4 交通密度

2．3．5 延误

2．3．6 饱和度

2．3．7 排队长度

2．4 交通特性参数分析

2．4．1 时间维度的相似性

2．4．2 空间维度的相似性

2．4．3 非精确匹配性

2．5 本章小结

第3章 道路交通状态判别

3．1 道路交通状态的分类

3．2 道路交通状态的评判指标体系

3．2．1 评判指标的选取

3．2．2 评判指标体系的建立

3．3 道路交通状态判别方法

3．3．1 层次分析法

3．3．2 模糊层次分析法

3．3．3 模糊综合评判法

3．4 交通状态判别模型

3．4．1 确立因素集和判断集

3．4．2 建立各评判指标的隶属函数

3．4．3 计算各评判指标的权重

3．4．4 单因素判断

3．4．5 模糊综合评判

3．4．6 确定评判结果

3．5 本章小结

第4章 道路交通信号控制策略

4．1 交通控制分类与原理

4．1．1 点控制

4．1．2 线控制

4．1．3 面控制

4．2 交通关联特征分析

4．2．1 关联指标选取

4．2．2 指标敏感性分析

4．2．3 路径关联度计算

4．3 控制子区划分

4．3．1 子区划分原则

4．3．2 青岛子区划分案例

4．4 交通控制方式的选择

4．5 交通控制效果评价指标

4．5．1 单点控制路口

4．5．2 协调控制路段

4．5．3 瓶颈路段

4．5．4 需求控制区域

4．6 本章小结

第5章 干线动态协调控制优化

5．1 周期优化

5．1．1 单交叉口周期优化

5．1．2 新建交叉口

5．1．3 控制子区公共周期优化

5．2 相位相序优化

5．2．1 基本相序的选则

5．2．2 相位搭接——流量不均衡

5．2．3 增加相位提高通行效率

5．2．4 调整相序——提高协调效果

5．2．5 特殊相序处理

5．3 绿信比优化

5．3．1 交叉口不参与协调控制时

5．3．2 交叉口参与协调控制时

5．4 相位差优化

5．4．1 单向绿波

5．4．2 双向绿波

5．4．3 半周期绿波

5．5 干线动态协调控制优化

5．6 本章小结

第6章 案例分析

6．1 现状分析

6．1．1 概况

6．1．2 现状问题分析

6．2 控制策略

6．3 绿波协调控制方案设计

6．4 绿波协调控制优化效果

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢