城市交通信号自组织控制的关键技术研究

摘要

城市交通信号控制是一个实时的复杂系统控制问题，其控制系统具有明显的整体性、复杂性、开放性、大自由度等特征。随着控制理论的发展，将自组织控制方法应用于城市交通控制中，解决城市交通信号控制问题的复杂性与模型的关系，是具有重要应用价值和社会价值的问题。本论文从系统的复杂性本质出发，对自组织控制的关键技术进行了系统和深入的研究。 首先，综合阐述城市交通信号自组织控制的主要原理。包括以下内容：分析城市交通信号控制系统的动态特征；详细地介绍元胞自动机理论的框架；剖析交通信号控制系统与元胞自动机之间的类似性；介绍基于元胞自动机的城市交通信号控制自组织模型的构建过程和自组织规则的框架。 其次，在元胞自动机的城市交通信号自组织控制模型的基础上，本论文就其中的关键技术进行详细分析和讨论。主要的关键技术包括以下几个方面： 1）根据流体动力学方程对交通流运动进行重构，并使用变分的方法将其与元胞自动机理论有机的结合，建立了城市交通信号自组织控制的演化规则。 2）通过相位划分的方式来降低系统中规则的组合数目，同时制定城市交通信号自组织控制的相位切换规则。 3）针对自组织控制中的规则“老化”问题，通过交通控制中心与路口之间双向通信，提出了相位切换规则的自适应协调算法，从而使交通路口能更好地适应路况变化，这是一个自上而下的非实时过程。 最后，为验证论文所提出方法的有效性，开发了交通信号控制仿真实验平台，实验系统包括车辆运行模块、评价模块、相位决策模块、自组织规则模块、初始化模块以及输出模块等，分别对自组织规则和规则的自适应型进行仿真和分析，通过对仿真结果的分析来验证本论文所提出方法的有效性和实用性。