基于元胞传输模型的饱和交叉口信号配时优化研究

摘要

随着交通需求的不断增长，城市交通拥堵问题变得越来越严重。由于交叉口是车辆汇集和转向所在地，所以其是城市交通路网运行的关键。交叉口的交通特征通常很复杂，在此很容易发生交通混乱和安全事故，这样就降低了路网的通行能力，从而使其成为整个城市路网的瓶颈地带。可以说交叉口的交通运行状态与整个城市的交通运行状态密切相关，解决了交叉口的问题就解决了城市交通的关键。
　　 交通控制是调节路网交通需求的重要手段，合理的交通控制能够有效提高交叉口的通行效率。如今城市中的许多交叉口一到高峰期流量往往大于其通行能力，呈现饱和现象。由此便造成长时间拥堵，车辆延误增加、行车时间加长、事故频发、环境污染加重。其中一个重要原因在于交叉口所采用的是传统的信号控制方案，其对于非饱和交叉口通常很有效，但对于饱和状况效果却极其不理想。虽然国内外很多学者对于饱和交叉口的信号控制做了大量的研究，但他们所提出的方法都还不够成熟，不能广泛的适用于饱和交叉口的信号控制。因此，寻找一种能有效缓解饱和交叉口拥堵状况并且适应性强的信号配时方法显得尤为重要。
　　 本文首先分析了国内外现有的饱和交叉口交通控制的技术和方法，然后分析了饱和交通流的特征和信号配时的主要考虑，然后从交通流这一基础理论出发，详细阐述了一种能够很好地描述交通流的宏观动力学模型——元胞传输模型(CTM)的基本原理，并结合信号控制的相关理论，建立了基于元胞传输模型的交叉口动态信号配时模型。模型中以延误和排队长度作为评价指标，在求解策略分析中将排队长度这一目标转换成排队约束，在其他相关条件的约束下，采用遗传算法进行优化。在matlab平台下编写了模型的仿真求解程序，并对一实际交叉口的现状配时方案进行了仿真模拟，以测试其正确性。最后通过两个实例交叉口来验证模型的实用性，验证结果表明该模型对于非饱和及饱和交通状况均能适用，并且对于饱和交叉口更能取得较好的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究目标、内容及技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第2章 饱和交叉口交通流特征和信号配时

2．1 饱和交叉口交通流特征

2．2 信号控制

2．2．1 交叉口信号控制概述

2．2．2 饱和交叉口信号配时

2．3 本章小结

第3章 基于CTM的饱和交叉口信号配时

3．1 CTM的基本原理

3．2 基于CTM的交叉口配时模型

3．3 优化目标及其约束条件

3．3．1 优化的目标函数

3．3．2 约束条件

3．4 本章小结

第4章 算法

4．1 求解策略分析

4．2 优化算法

4．2．1 遗传算法概述

4．2．2 遗传算法优化

4．3 仿真测试

4．4 本章小结

第5章 实例分析

5．1 非饱和实例分析

5．1．1 交叉口现状分析

5．1．2 模型验证

5．2 过饱和实例分析

5．2．1 交叉口现状分析

5．2．2 模型验证

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文