信号控制交叉口交通阻塞动态预测方法研究

摘要

交通拥挤和交通安全问题是世界上两大交通问题，研究城市信号交叉口交通阻塞预测，对预防和缓解城市道路交通阻塞问题有着重要的理论意义和实践价值。 论文首先分析了城市道路信号交叉口的交通阻塞机理，总结出三大阻塞发生原因：需求过大、供给不足和供需间的协调不够；并归纳和提出了城市道路的两种交通瓶颈：瓶颈断面和瓶颈连线，以及由交通瓶颈引发的两种类型的交通阻塞：瓶颈断面阻塞和瓶颈连线阻塞。在交通阻塞机理分析的基础上，论文随后在阻塞量化、阻塞预测、阻塞预测模型分析和阻塞预测方法运用等四个主要部分展开深入研究。 在阻塞量化研究中，论文提出两种基本交通阻塞量化模型：符合描述瓶颈断面阻塞的需求-容量法和符合描述瓶颈连线阻塞的连线承载率模型，以及适合分析城市平面道路阻塞问题的两种改进模型：考虑到达率的需求-容量法和考虑转向率的连线承载率模型；并将考虑转向率的连线承载率模型在三种基本渠化路段中进行运用分析；同时本文还对不同模型的优缺点和适用性进行了深入的分析。 在阻塞预测研究中，文章建立了城市信号交叉口交通阻塞动态预测模型。论文提出了瓶颈断面的判断方法，归纳了两类城市道路交通阻塞的发生条件，并在此基础上提出两类阻塞问题的动态预测模型；鉴于交通不稳定的特性，本文还提出预测阻塞发生的概率模型，从更为合理的角度描述阻塞发生的状态。在研究道路阻塞问题发生概率的同时也定义了连线保持畅通的可靠度和路网保持畅通的可靠度，可以为研究路网可靠性提供依据。 在交通阻塞预测的基础上，论文提出了描述城市道路交通状态的六种交通状态空间，其中“空间E”是瓶颈断面阻塞空间，“空间F”是瓶颈连线阻塞空间。同时论文也对交通状态空间的演化规律和空间特性进行了详细分析，这为交通管理和控制策略的制定提供了基本的依据。 在阻塞预测模型分析研究中，论文分析了预测模型参数的影响。分析了三个主要参数对阻塞预测的灵敏度：预测时刻、连线输入和连线输出，以及连线输入和输出关系(包括流量关系和信号联动控制关系)对阻塞的影响，在此基础上文章提出了缓解策略的基本的效用量化模型。效用量化模型的提出为交通阻塞策略的优选提供了依据。 在阻塞预测方法运用研究中，论文在交通阻塞问题分析和预测的基础上提出了城市道路交通阻塞的预防和缓解的基本流程以及提出阻塞的输入输出管理控制策略的优选方法；并总结了五种阻塞改善策略：规划层面优化、政策层面引导、交通管理层面优化、交通控制层面优化和交通设计层面优化。以往的研究中并没有重视控制和设计层面的“降需策略”，往往追求局部的最优而导致了路网整体效益的下降，本文通过仿真进一步说明了这个问题。论文还提出了预防和缓解交通阻塞的“四步模型”，这个四步模型对缓解城市交通阻塞问题，提高城市网络的可靠性和居民出行效率等方面都有着重要的意义。 最后论文总结了本研究的主要研究成果以及不足，本文的研究主要可以应用于城市信号交叉口自适应主动交通控制、城市道路主动交通管理以及城市道路网络交通分析及状态预测等方面。不过论文也存在一些不足，对于不同情况下一些应用上细节问题还需要进一步研究。另外在本论文的基础上，主动交通工程研究、交通预报研究和多来源数据的融合等方面研究也是在本论文的后续研究的主要方向。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1现实需求背景

1.1.2理论研究背景

1.1.3技术发展背景

1.1.4课题来源与项目依托

1.2研究问题提出

1.2.1应用问题

1.2.2科学问题

1.2.3已有研究实践的不足

1.3研究对象与目标

1.3.1研究对象界定

1.3.2研究目标

1.3.3研究应用意义

1.4研究内容与技术路线

1.4.1主要研究内容

1.4.2本文重要归纳内容和交通现象汇总

1.4.3论文结构

1.4.4技术路线

1.5本章结语

1.6本章参考文献

第2章文献综述

2.1交通阻塞机理研究

2.1.1已有阻塞机理研究

2.1.2阻塞机理研究总体评述

2.2交通阻塞量化研究

2.2.1已有阻塞量化研究

2.2.2阻塞量化研究总体评述

2.3交通状态预测研究

2.3.1已有交通状态预测研究

2.3.2交通状态预测研究总体评述

2.4城市道路阻塞缓解策略研究

2.4.1已有阻塞缓解策略

2.4.2缓解策略研究总体评述

2.5本章结语

2.6本章参考文献

第3章信号交叉口交通阻塞产生机理分析

3.1交通阻塞影响因素的分析

3.1.1交通流条件

3.1.2道路几何条件

3.1.3管理与控制条件

3.1.4阻塞发生原因归纳

3.2交通阻塞类型归纳

3.2.1两类交通瓶颈

3.2.2两类交通阻塞

3.3瓶颈断面引发的交通阻塞

3.3.1瓶颈断面阻塞的定义

3.3.2瓶颈断面产生的交通阻塞分析

3.4瓶颈连线引发的交通阻塞

3.4.1瓶颈连线阻塞的定义

3.4.2瓶颈连线产生的交通阻塞分析

3.5两类阻塞的转化现象

3.6本章结语

3.7本章参考文献

第4章信号交叉口交通阻塞状态的量化方法

4.1检测器的布设方法

4.1.1检测器布设的基本考虑

4.1.2检测布设位置

4.2需求—容量法

4.2.1基本思路

4.2.2研究对象

4.2.3容量的描述

4.2.4需求的描述

4.2.5阻塞量化

4.2.6阻塞量化方法的运用

4.2.7方法评价

4.3考虑到达时刻的需求—容量法

4.3.1车辆到达的效用函数

4.3.2阻塞的量化描述

4.3.3方法评价

4.4连线的承载率描述模型

4.4.1基本思路

4.4.2输入的描述

4.4.3输出的描述

4.4.4输入的预测方法

4.4.5承载率的描述

4.4.6方法评价

4.5考虑转向的承载率模型

4.5.1考虑转向的承载率基本描述

4.5.2连线承载率模型在三类基本渠化中的运用

4.5.3方法评价

4.6各类交通阻塞量化模型的比较

4.6.1同以往的方法比较

4.6.2本章中各种方法比较

4.7本章结语

4.8本章参考文献

第5章信号交叉口交通阻塞动态预测方法

5.1基本思路

5.1.1基本说明

5.1.2基本预测流程

5.2瓶颈断面的判断

5.3第一类交通阻塞预测方法

5.4第二类交通阻塞预测方法

5.4.1第二类交通阻塞发生条件

5.4.2第二类交通阻塞短时段预测模型

5.4.3第二类交通阻塞长时段预测模型

5.4.4考虑转向的第二类交通阻塞预测模型

5.5交通阻塞预测概率描述模型

5.6交通阻塞预测的图式法

5.6.1连线输入输出的图式描述法

5.6.2图式中参数的物理意义

5.6.3输入输出函数的数值解法

5.7城市道路交通的六种状态空间

5.7.1基本状态空间的定义

5.7.2状态空间的演化过程

5.7.3状态空间的属性

5.7.4状态空间的获得

5.8本章结语

5.9本章参考文献

第6章阻塞预测模型参数影响分析

6.1基本思路

6.2模型输入参数灵敏度分析

6.2.1灵敏度分析的主要参数

6.2.2预测时刻的影响分析

6.2.3连线输出的影响分析

6.2.4连线输入的影响分析

6.3连线输入与输出的关系

6.3.1连线输入与输出的流量关系

6.3.2连线输入与输出的信号联动影响分析

6.4模型输入效用分析

6.5仿真与分析

6.5.1随机车辆模拟仿真设计

6.5.2模拟次数分析

6.5.3输入分析

6.5.4输出分析

6.5.5输入输出关系影响分析

6.5.6仿真结论

6.6本章结语

6.7本章参考文献

第7章预测方法的应用与评价

7.1应用的基本思路

7.1.1应用的目标

7.1.2基本流程

7.2交通阻塞的预防和缓解策略

7.2.1管理和控制策略目标

7.2.2输出优化方法

7.2.3输入优化方法

7.2.4管理和控制策略的选择

7.2.5缓解阻塞的“四步模型”

7.3方法应用仿真评价

7.3.1 Vissim仿真设计

7.3.2仿真结果分析

7.3.3仿真结论

7.4本章结语

7.5本章参考文献

第8章结论和展望

8.1主要研究成果

8.2本文的创新点

8.3存在问题

8.4展望

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果