干道过饱和交叉口群的实时交通控制策略研究

摘要

为缓解、破解过饱和交叉口(群)的交通供需矛盾，基于城市道路的间断交通流特性，本文针对供需矛盾的焦点——交叉口连线路段的过饱和车队，阐释、分析其“回溢”所导致的交叉口(群)通行能力的损失机理，总结上述的通行能力损失所导致的交叉口(群)行程延误的增涨规律。此基础上，应用系统学的“现实系统—数学模型”方法，构建干道过饱和交叉口群系统优化控制(非线性规划条件极值)数学模型。该数学模型以“行程延误最小化”为目标函数，以“通行能力零损失(防止过饱和车队超范围回溢)”为约束条件。 在干道过剩交通总量(即全局负载)一定的前提下：各独立交叉口间，既存在以“单交叉口负载/延误最小化”为局部目标的竞争，同时亦必需以“交叉口群负载/延误最小化”为全局目标而协同。鉴于各独立交叉口之间同等的功能权重，因此，均衡饱和度(即竞争与协同的对立统一)是可行、且唯一可行的全局最优解。必需注意——关键变量交叉口饱和度、过饱和车队的长度及其时变率之间并不存在“一对一”的直接映射关联，因此，上述约束条件所限定的可行域内可能无解，对此，对于均衡饱和度的控制，必需视具体情况，强制个别的交叉口饱和度低于1．00，缩减过饱和车队的长度以符合上述的约束条件。 与过饱和交叉口群(理论研究范畴的)数学模型的最优解相对应，(工程技术、应用实务范畴的)现实系统的最优化策略，即是以“扩增单/多交叉口的通行能力”为核心的饱和度的“协同均衡化”： ◆策略应用前期，各交叉口饱和度>1．00条件下，均衡饱和度向最低者趋近，实现过剩交通的交通强度(具体体现为：过饱和车队长度的时变率)的“均衡”，其目的意义侧重：对过饱和车队，一则控制其“小范围存在”、二则抑制其“大范围延伸”，降低干道全局的“均衡延误”与“随机延误”。 ◆策略应用后期，各交叉口饱和度<1．00条件下，均衡饱和度向平均值趋近，实现过剩交通的交通密度(具体体现为：过饱和车队长度)的“疏解”，其目的意义侧重：降低干道全局的“过饱和延误”，而更重要的是，防止过饱和车队“超范围回溢”，保障交叉口通行能力的零损失。 此外，为防止过饱和的转移或扩张，在策略应用后期，必需适度扩增系统外围欠饱和交叉口的通行能力——其一为过剩交通的交通强度的均衡提供可能的饱和度弹性余地，其二为过剩交通的交通密度的疏解创造必需的交通量容纳空间。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及对象

1.1.1研究背景

1.1.2研究对象

1.2研究意义

1.3相关研究及其应用综述

1.3.1国外研究及其应用

1.3.2国内研究及其应用

1.4研究目标、内容及方法、路线

1.4.1研究目标、内容

1.4.2研究方法、路线

第二章过饱和交叉口群的通行能力损失机理与行程延误增涨规律

2.1过饱和车队的回溢

2.1.1过饱和车队的A类(TYPE-A)回溢

2.1.2过饱和车队的B类(TYPE-B)回溢

2.1.3过饱和车队的C类(TYPE—C)回溢

2.2通行能力损失与行程延误增涨

2.2.1通行能力损失

2.2.2行程延误增涨

第三章过饱和交叉口群系统建模及其优化模型

3.1过饱和交叉口群系统建模

3.1.1系统结构设计

3.1.2系统功能分析

3.2过饱和交叉口群系统优化模型

3.2.1最优化目标函数

3.2.2最优化约束条件

第四章过饱和交叉口群实时交通控制策略

4.1模型协同均衡化方案

4.1.1延误分散化原则

4.1.2协同均衡化原则

4.2系统协同均衡化策略

4.2.1通行能力零损失

4.2.2行程延误最小化

第5章策略应用仿真示例

5.1策略应用的成本效益协同优化

5.1.1空间成本与延误效益

5.1.2空间成本与延误效益的协同优化

5.2仿真示例

5.2.1仿真设计

5.2.2示例分析

结 论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文