基于“额外排放”理论模型的城市主干路交通信号协调控制研究

摘要

随着经济的高速发展，汽车的数量正逐年增加，汽车在为人们带来便捷的同时也加重了空气环境的污染。车辆尾气排放现已成为了影响空气环境质量的重要因素之一。城市的道路资源是非常有限的，而交通管理控制策略的落后，会使本就有限的道路交通资源不能被充分的利用，从而导致出行效率的低下，使得因车辆排放带来的污染进一步加剧。
　　主干路交叉口是城市交通的关键部分，对整个道路交通网络的运行起着极其重要的作用。车辆到达交叉口时，信号灯的控制会使车辆的运行工况产生变化，从而导致车辆的排放增加，产生很多不必要的额外排放。因而，通过实现信号灯的有效控制来减少车辆的尾气排放已经成为交通控制领域的一项非常重要的研究课题。本文主要是以减小车辆尾气排放为目标，基于车辆的跟驰模型和提出的额外排放模型，从交通控制的角度，探讨信号控制对车辆额外排放的影响。
　　首先，本文对主干路的信号灯协调控制进行了研究，提出了一个既适用于单点交叉口又适用于主干路多交叉口的信号灯状态函数，以便于得到城市主干路上每一信号灯在任意时刻的信号状态，并通过实验仿真对所提模型进行了验证。
　　其次，通过对城市主干路信号灯控制下的车辆运行状态进行研究，将信号灯的状态模型与车辆的跟驰模型相结合，提出了信号灯控制下的适用于城市主干路的交通流模型。通过对车辆行为的进一步分析，提出了信号灯控制下车辆的三种运行模式（自由模式、跟驰模式和停车模式）以及车辆不同运行模式的判别方法，并且通过仿真，分别对单点交叉口及主干路多交叉口的车辆运行行为进行了研究分析。
　　最后，通过对交通流特性以及车辆排放的研究，基于大量的实际采集数据与仿真数据，将交通流模型和基于车辆比功率(VSP)的车辆排放模型相结合，提出了交通流“实际排放”、“基本排放”和“额外排放”模型。并通过一系列仿真，研究了车辆在交叉口处的排放以及在主干路信号灯协调控制下各基本参数对车辆额外排放的影响。
　　综上，本文不仅研究了单个交叉口信号灯控制下的交通流以及额外排放的特性，并对主干路多交叉口信号灯协调控制下的交通流及额外排放的变化与规律进行了研究与仿真分析，实现了由“点控”到“线控”的延伸，为该领域的进一步研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状及存在问题

1．2．1 车辆排放模型研究现状

1．2．2 基于交通流分析的车辆排放研究现状

1．2．3 基于车辆排放的信号控制研究现状

1．2．4 存在问题

1．3 技术路线及论文结构

1．4 本章小结

第2章 主干路信号灯协调控制策略

2．1 信号协调控制基本参数及评价指标

2．1．1 协调控制基本参数

2．1．2 评价指标

2．2 信号灯控制范围

2．2．1 单点交叉口交通信号控制

2．2．2 主干路交通信号控制

2．2．3 区域交通信号控制

2．3 主干路信号灯状态函数建模与仿真

2．3．1 单点交叉口信号灯状态函数

2．3．2 主干路多交叉口信号灯状态函数

2．3．3 模型仿真与分析

2．4 本章小结

第3章 信号灯控制下的主干路交通流模型

3．1 跟驰理论

3．1．1 跟驰理论概述

3．1．2 最优速度模型

3．2 信号灯控制下的跟驰模型

3．3 信号灯控制下的车辆运行模式

3．3．1 车辆运行模式

3．3．2 车辆运行模式判别

3．4 车辆运行行为仿真分析

3．4．1 单点交叉口车辆行为仿真与分析

3．4．2 主干路多交叉口车辆行为仿真与分析

3．5 本章小结

第4章 主干路交通流额外排放建模及仿真

4．1 车辆排放模型

4．1．2 VSP模型

4．1．3 基于VSP的排放模型

4．2 车辆额外排放建模

4．2．1 实际排放

4．2．2 基本排放

4．2．3 额外排放

4．3 单点交叉口车辆额外排放仿真与分析

4．4 主干路多交叉口车辆额外排放仿真与分析

4．4．1 周期对车辆额外排放的影响

4．4．2 绿信比对车辆额外排放的影响

4．4．3 相位差对车辆额外排放的影响

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 主要工作及创新点

5．2 研究展望

参考文献

致谢