城市道路单交叉口鲁棒控制方法研究

摘要

随着我国经济的快速发展以及城市化进程的加快，城市机动车保有量也急剧增加，交通拥堵问题也就变得日趋严重。缓解城市交通压力除了对交通需求进行控制、增设交通设施之外，提高整个交通系统的运行效率也是十分关键的。在现有的道路条件下，采用科学合理的交通信号控制技术是缓解城市交通压力的有效途径之一。
　　城市道路交通量大多集中在早晨、中午和晚上三个时段。这三个时段恰好是居民上下班和学生上学和放学期间，交叉口内的交通量达到高峰。而在夜间12点至凌晨6点是交通量较小的时段;另外，交叉口的交通量在每天同一时段或者每周的同一天也可能产生很大的波动，鲁棒性差。因此，交叉口的交通量在时间分布上有很明显的不均匀性。论文正是基于此，对城市道路交叉口交通信号控制方法进行了研究。
　　首先，论文详细的描述了控制系统设计的一些常见问题和鲁棒性的概念，并阐述鲁棒控制理论研究的基本问题。对信号控制交叉口的交通特性以及交通流特性做出了较为深入的分析，得出其具有鲁棒性的特征。
　　其次，论述了城市道路信号控制交叉口中相位相序设计的基本概念，并阐述了其重要性。用定性分析和定量分析相互结合的方法对左转保护相位以及左转许可相位的设置条件和判定形式做出了分析，建立了左转保护相位以及左转许可相位的判定流程图，同时分析了右转保护相位以及许可相位的设置形式。对相位方案的选取以及机动车和非机动车的放行顺序做出了概括和总结。
　　再次，针对城市道路交叉口的交通量到达的不均匀性以及波动性，以对相位相序进行优化设计为前提，提出了城市道路单交叉口以及近距离交叉口的多目标鲁棒优化配时模型。模型以车辆的平均延误、总延误最短，通行能力最大以及车辆延误的标准差最小为目标，以有效绿灯时间、周期时长以及排队长度为约束条件，对交叉口的信号配时方案进行了优化，并利用遗传算法进行求解。
　　最后，以蚌埠市涂山路和工农路信号控制交叉口为例，来对前文研究成果的实用性进行验证。结果表明，多目标鲁棒优化模型可以有效的降低车辆的平均延误和最大延误。也就是说，即使信号控制交叉口的流量产生较大幅度的波动，也可以避免排队过长或者绿灯时间的浪费。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的

1．3 国内外研究现状综述

1．3．1 国外研究现状综述

1．3．2 国内研究现状综述

1．4 研究内容

第二章 控制系统的鲁棒性概述

2．1 控制系统设计与鲁棒性

2．1．1 控制系统设计与不确定性

2．1．2 控制系统设计的基本要求

2．1．3 控制系统的鲁棒性

2．2 鲁棒控制理论研究的基本问题

2．2．1 不确定性描述

2．2．2 鲁棒性分析和设计方法

2．3 信号控制交叉口交通状态分析

2．3．1 信号控制交叉口交通特性分析

2．3．2 信号控制交叉口交通流特性分析

2．4 本章小结

第三章 信号控制交叉口相位相序优化设计方法

3．1 基本概念

3．1．1 信号相位和信号阶段

3．1．2 相位时间

3．1．3 车流和相位

3．1．4 相位图和线圈图

3．2 左转相位设计

3．2．1 左转保护相位的设置条件

3．2．2 左转保护相位形式的判定

3．3 右转相位设计

3．3．1 红灯时右转的处理

3．3．2 右转保护相位的设置

3．4 相位方案选取

3．4．1 相位方案选取的基本原则及影响因素

3．4．2 机动车相位相序的判定

3．4．3 行人和非机动车相位相序的判定

3．5 本章小结

第四章 信号控制单交叉口多目标鲁棒优化模型

4．1 车辆在信号控制交叉口的受阻过程分析

4．1．1 停车延误与减速—加速延误

4．1．2 完全停车与不完全停车

4．1．3 延误模型

4．2 模型的建立

4．2．1 Π标函数的建立

4．2．2 约束条件

4．3 函数模型求解

4．4 本章小结

第五章 近距离信号交叉口多目标鲁棒优化模型

5．1 研究背景

5．2 近距离交叉口的判定

5．3 近距离交叉口机动车交通问题分析

5．4 基础模型的选取

5．5 近距离交叉口鲁棒优化模型

5．5．1 目标函数建立

5．5．2 约束条件

5．6 本章小结

第六章 研究成果运用

6．1 交叉口概况

6．2 信号配时方案设计

6．2．1 相位方案设计

6．2．2 信号配时方案设计

6．3 方案对比

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文总结与创新点

7．2 研究不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目