基于宏观基本图的区域边界交通信号控制方法

摘要

伴随着城镇化和机动化的快速发展，城市交通拥堵问题已经由节点、干线扩展至整个路网，区域交通信号控制对改善城市交通日益重要。基于“缓进快出”的控制策略，通过边界交叉口控制调节拥堵区域的出入流，缓解拥堵区域的交通状态，是区域控制的有效手段。宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram，MFD)是路网的固有属性，它提供了宏观层面的交通流性能的全局视图，可反映整个区域路网交通量与路网运行水平的普遍关系，是区域交通流量、密度、速度间的关系或车辆总运行距离和运行时间的关系。鉴于此，本文以基于MFD展开了区域边界交通信号控制方法的研究，主要包括以下四个方面研究:
　　1)以区域作为控制对象，了解区域交通流模型是研究的前提。本文以MFD为研究模型，梳理MFD的研究现状并展开了MFD新的研究。一是以路段长度和路段车道数乘积为权重计算区域加权流量和密度;二是建立不同数据源下MFD模型，证明MFD在城市路网中的存在性;三是提出状态比评估MFD的对区域状态判别的可靠性和不同数据源下MFD的差异性;四是探究构建区域MFD对检测器布设覆盖率的要求。
　　2)阐述区域边界控制策略。首先介绍区域边界控制的适用条件，控制相位，触发和结束条件。之后，引入反馈机制，比例调节和积分调节(Proportional Integral Controlle，PI)控制器将状态距离转化为信号配时方案，通过调整绿信比调节区域流入量。
　　3)考虑边界交叉口饱和度和OD信息，调整关键交叉口的绿信比压缩量。同时为了边界控制不会引起新的拥堵点，造成瓶颈，在边界控制时考虑上游交叉口联动控制。
　　4)实际区域进行仿真验证。以青岛市南区核心区域为研究对象，采取基于MFD的区域边界交通信号控制策略。对比控制前后区域内车辆的平均延误，平均停车次数、平均速度，结果表明区域边界控制可以缓解区域拥堵状态，提高区域整体通行能力。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景

1．3 研究目的和意义

1．4 研究现状

1．4．1 MFD研究现状

1．4．2 交通信号控制研究现状

1．5 研究思路与内容

1．5．1 研究思路

1．5．2 研究内容

1．6 本章小结

2 区域宏观基本图的构建及特性分析

2．1 MFD模型

2．2 不同数据源下的MFD构建

2．2．1 徼波检测器数据

2．2．2 车牌识别数据

2．2．3 评估MFD作为区域交通状态指标的可信度

2．3 MFD评估

2．3．1 状态比

2．3．2 MFD的差异性

2．3．3 丙种数据源下MFD的差异

2．4 基于多源数据融合的区域MFD模型

2．4．1 模型

2．4．2 数据验证

2．5 检测器覆盖率对MFD的影响

2．6 本章小结

3 基于MFD的区域边界信号控制策略

3．1 概述

3．2 实施区域的必要条件

3．3 控制相位确定

3．3．1 边界控制相位

3．3．2 边界控入相位上游控制相位

3．3．3 边界控出相位下游控制相位

3．4 触发和结束条件

3．4．1 触发条件

3．4．2 结束条件

3．5 边界控制策略

3．6 本章小结

4 区域边界信号控制配时参数优化方法

4．1 边界绿信比确定

4．1．1 流入相位初始绿信比压缩比例

4．1．2 根据OD调整流入相位绿信比压缩比例

4．1．3 流出相位绿信比确定

4．2 边界外围控制相位绿信比确定

4．2．1 控入相位上游控制相位

4．2．2 拉出相位下游控制相位

4．3 特殊情况

4．3．1 特殊情况1

4．3．2 特殊情况2

4．3．3 特殊情况3

4．4 信号本地执行方案

4．4．1 控制相位绿灯时间确定

4．4．2 本地方案

4．5 本章小结

5 仿真测试与验证

5．1 测试验证区域

5．2 仿真模型建立

5．3 参数设置

5．4 结果分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录