城市交通动态协调控制优化方法及实用技术研究

摘要

交通拥挤已经成为世界性难题。中国的机动车保有量迅猛增长，已经开始步入汽车社会，未来面临的形势更为严峻。 随着拥堵程度的加剧和扩散，传统的单点信号控制在解决节点问题与缓解拥堵方面已经开始力不从心。通过协调控制进一步提升交通控制系统的效益，有效的缓解拥挤状况，成为对交通控制系统新的要求。 在新的通信与控制技术支持下，协调控制能够利用全局资源解决局部问题，使节点问题的解决提高到更高的层次；同时它能更有效的调节路网资源的分配，提高路网的承载能力，避免或缓解堵塞。 但是目前国内外关于协调控制的理论与实现方法，其基础并不坚实。无论是评价还是优化，虽然方法与算法众多，但实用性较差。 本文分析了信号控制路网中车流到达的周期性波动现象，指出城市交通流特性与交通控制方式之间是相互作用的，并根据该特性提出了动态协调的优化思路。 本文提出基本协调单元概念，将网络优化分解到相互叠加的基本协调单元优化，通过基本协调单元的相互耦合完成整个路网的优化。克服了网络整体优化的复杂难解问题。 本文提出了交叉口互动与动态协调概念，交叉口不但考虑自身的效益，同时考虑本身排放对下游交叉口的影响。协调控制方案不在局限于共同周期与稳定相位差，而是根据上游到达预测以及下游的排放与排队预测，动态的调整排放的数量与时机。 论文还论述了拥挤条件下的排队管理策略。以交叉口间能力匹配为核心，进行综合排队管理，避免或延缓堵塞的发生。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1交通拥堵已经成为世界性难题

1.1.2中国已经面临交通拥堵的挑战

1.1.3交通控制是解决拥堵最经济、最有效的手段

1.2协调控制的作用

1.2.1矛盾的交通现象

1.2.2难以预测的车流到达

1.2.3单点控制的局限性

1.2.4协调控制的作用与效益

1.3协调控制的难点

1.3.1有用和实用的均衡

1.3.2到达预测与效益评价

1.3.3拥挤条件下的协调控制

1.3.4子区划分

1.4课题来源

1.5研究内容

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容

1.6技术路线及章节安排

第2章协调控制研究综述

2.0综述说明

2.1离线协调控制优化软件

2.1.1 MAXBAND

2.1.2 PASSER

2.1.3 TRANSYT-7F

2.1.4 Synchro

2.2控制系统中的协调控制

2.2.1 SCATS系统

2.2.2 SCOOT系统

2.2.3 SPOT/UTOPIA系统

2.2.4其它系统

2.2.5实用性分析

第3章车流到达特性与动态协调

3.0本章要点

3.1问题提出

3.2相关研究

3.1.1主观判断方法

3.1.2统计规律方法

3.1.3仿真方法

3.1.4实测方法

3.2信号控制路网内车流到达的复杂性与稳定性

3.2.1车流到达复杂性实验

3.2.2车流到达稳定性实验

3.2.3实验结论与原因分析

3.3车流到达的周期性波动现象分析

3.3.1相临交叉口间相位差周期性变动

3.3.2车流到达周期性波动现象

3.3.3交叉口效益与车流到达波动的关系

3.3.4车流到达与交通控制之间的互相作用

3.3.5交通控制研究中的失真情况

3.4交通控制方式与协调权利用

3.4.1协调权概念

3.4.2单点控制的局限性

3.4.3传统协调的局限性

3.4.4实验说明

3.5动态协调优化思路

第4章基本协调单元概念

4.0本章要点

4.1问题提出

4.2相关研究

4.2.1 Ghassan Abu-Lebdeh的关键子系统概念

4.2.2 SPOT/UTOPIA的子区分解方法

4.2.3交叉口群的方法

4.3基本协调单元分解策略

4.3.1基本协调单元(Basic Coordination Unit)

4.3.2检测线圈布置

4.3.3交叉口间通信

4.3.4基本协调单元的叠加与扩展

4.3.5协调路径(车流)

4.3.6基本协调单元的考虑

4.4交叉口互动机制

4.4.1网络延误

4.4.2交叉口间信息交互

4.5排队信息获取

4.5.1排队状态表达

4.5.2垂直排队

4.5.3垂直排队与真实排队的偏差

4.5.4汇入排队

4.5.5修正垂直排队

4.5.6水平排队

4.6排队约束

4.6.1延误与排队关系

4.6.2排队溢出控制

4.6.3排队约束策略

第5章基于滚动时间窗的动态协调优化

5.0本章要点

5.1滚动时间窗

5.1.1滚动时间窗简介

5.1.2滚动时间窗在交通控制系统中的应用

5.2滚动时间窗设计

5.2.1时间窗长度与间隔

5.2.2优化目标与考虑因素

5.2.3延误优化模型

5.2.4网络延误计算

5.2.2排队约束判断

5.2.7寻优策略

5.3动态优化实际效益测试

5.3.1实验条件

5.3.2效益评价

5.3.3实验结果

5.3.4实验结论

第6章拥挤条件下网络排队管理

6.0本章要点

6.1拥挤与堵塞定义

6.2相关研究与应用

6.2.1理论与策略

6.2.2控制系统中应用

6.3拥挤条件下的排队管理

6.3.1总体原则

6.3.2排队聚集现象

6.3.3动态协调优化的局限性

6.3.4交叉口问能力匹配与排队管理

6.3.5排队分布策略

6.3.6可调配协调与合理排队

6.3.7虚拟的动态优化与排放预测

6.3.8具体排队管理措施

6.4案例分析

6.4.1实验路口

6.4.2不同的拥挤应对策略

6.4.3效益评价

6.4.4实验结果

6.4.5实验分析

第7章结论与展望

7.1主要研究成果

7.2创新点

7.3研究展望

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

参考文献

致谢