智能交通管理中的交叉路口信号优化研究

摘要

城市化进程的不断推进和城市规模的持续扩张，使得交通拥堵成为了制约社会可持续发展的重要因素之一。交通拥堵引发了诸如经济损失、人员伤亡、空气污染、能源浪费等一系列非常严重的经济、社会以及环境问题。面对这些严峻的社会问题，我们必须采取有效措施加以改善，解决城市交通拥堵问题迫在眉睫。造成交通拥堵的直接原因是城市交通管理水平不高，导致交通流不能得到及时有效的疏导。因此提高城市交通管理水平势在必行。先进的交通管理系统作为城市智能交通系统的重要子系统，交叉路口信号优化控制是其中最重要的内容之一。在城市交通网络中，交通干线往往承担了很大一部分的交通负荷，因此改善干线交通运行状况对缓解城市交通拥堵能够起到非常关键的作用，而改善干线交通运行状况的关键又在于对干路上各交叉路口信号的合理控制。近年来，城市道路交通流量的不断增加，使得寻找如何通过更加智能化的手段和技术缓解交通拥堵状况的方法成为了国内外学者研究的热点。
　　本文通过对交通拥堵形成原因的分析，基于对交通信号控制、智能交通系统发展以及交通流相关理论的简要分析，研究了干线交通信号优化控制问题。论文讨论了不同饱和度状态下交通信号的控制策略；讨论了在车辆几乎完全占据整个下游路段和下游路段上的车辆很少这两种比较极端的交通条件下，上下游交叉路口间相位差需要满足的条件；建立了干线交通信号控制的双层规划模型，使得该干线系统各个交叉路口干路方向的绿灯时长对通过系统的车辆数正面影响达到最大，而各支路方向的红灯时长对支路车辆延误影响达到最小。选取模拟植物生长算法针对所建双层规划模型设计了相应的求解算法流程。通过应用模拟植物生长算法在MATLAB中仿真优化，论文求解得到一个小型干线交通系统各交叉路口的信号配时方案。本研究将双层规划模型应用于干线交通信号配时问题中，并通过算例分析表明模拟植物生长算法在求解双层规划模型时具有较强的精确性、稳定性和全局搜索能力，为干线交通信号配时提供了新的视角和方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1交叉路口信号优化控制的研究背景和意义

1.2本文的研究内容和结构安排

1.3本文的研究方法和研究逻辑

2 交通信号控制及交通流理论

2.1交通信号控制简介及智能交通系统（ITS）概述

2.2智能算法在交通信号控制中的运用

2.3交通流理论

2.4本章小结

3 交通信号控制参数及干线交通信号控制模型

3.1交通信号控制基本参数

3.2交通信号控制常用评价指标

3.3干线交通信号控制方法分析

3.4干线交通信号控制模型

3.5本章小结

4 交通信号优化控制模型求解及算例分析

4.1双层规划模型的求解算法

4.2求解双层规划模型的模拟植物生长算法流程

4.3算例及实际应用分析

4.4本章小结

5 结论及展望

5.1主要研究成果和创新点

5.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录