基于可变导向车道及信号配时优化的交叉口组合优化控制方法研究

摘要

伴随着我国社会经济的快速发展，城市化进程不断加快，由于城市早期发展过程中缺乏科学性、系统性的城市规划，导致国内许多大城市及特大城市向中心城区外围拓展，出现“摊大饼”的现象。在此背景下，许多城市的路网结构呈现出“环形+放射状”的形状，从而引发各类交通问题，其中尤其以通勤交通导致的潮汐现象最为严重。为缓解城市交通拥堵现象，一是要大力发展公共交通，提高公交分担率；二是要加强城市交通的管理与控制，提高路网通行能力及通行效率。 交叉口是城市交通网络的瓶颈和交通拥挤发生源，因此城市交通管理与控制应着重对交叉口的交通管理与组织手段进行优化。交叉口的管理与优化手段主要包括两个方面，一是时间优化，二是空间优化。时间优化主要针对过饱和交叉口，根据交叉口的实际情况及交通流特性，对交叉口的信号配时进行优化，更进一步可对干线及整个路网的信号交叉口实现联动优化，实现路网整体最优。空间优化主要对交叉口的物理设施进行优化，如设置待行区域、进口道拓宽等等，从空间上提高交叉口的通行能力。 本文以交通流向分布不均衡的交叉口为研究对象，从时间及空间二维角度出发，提出了交叉口的组合优化思想，重点解决因左转交通量在短时间内突然增加导致的交通拥堵。空间优化即提出了在交叉口进口道设置可变导向车道，根据实时的交通流数据确定可变导向车道的实时功能，实现可变导向车道的自适应控制。时间优化即在设置可变导向车道的基础上，根据空间优化的结果进一步对交叉口进行信号配时的动态优化，最大限度降低交叉口的车均延误。组合优化系统由 3 部分组成：交通状态预测子系统、VAL 功能决策子系统和信号优化子系统。论文首先综合分析了3个子系统的协调控制工作机制，然后分别对每个子系统的结构及采用的模型算法进行了研究。最后，论文对组合优化的实施流程进行了算例演示，并对组合优化前后交叉口的车均延误及服务水平进行了分析，结果表明，采用此方法比单独的车道功能优化及信号配时优化更有效，将交叉口的服务水平由E 级提升至D 级。

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