城市交叉路口信号控制动态特征参数研究

摘要

随着我国经济的高速发展和城市化进程的不断推进,大城市交通拥堵现象日趋严重,受城市空间的制约,改进现有的或建设新的交通控制系统成了解决城市交通问题较为有效的方法。在城市道路交通系统中,不同的交叉路口的交通动态特征是不同的,不同规模道路网络的交通动态特征也是不同的,因此,无论是路口信号灯控制系统,还是区域协调控制系统,在监测交通流量的同时,还要掌握交通控制系统的动态特征,才能真正实现高效的动态交通控制,从而缓解交通拥堵问题。 动态特征是表达系统运动及响应系统输入过程中体现出的特性。在自动控制理论中可以将动态特征理解为：当输入信号随时间发生变化时,输出信号输入信号之间的关系,通常用微分方程来描述。平面交叉路口系统的道路及设施静态的,但在其上通行的车辆和行人却是动态的,随时间的变化或停止或运动,因此交叉口信号控制系统是一个时变的、离散的动态系统。这里可以将随时间变化的机动车交通流看作输入信号,受信号控制、驾驶员的个性驾驶行为和车辆性能等因素的影响,车辆在交叉口的运动状态和变化趋势是不同的,即交叉口信号控制具有动态特征。用来描述交叉口信号控制动态特征的参数就是动态特征参数。 本文全面总结了国内外城市主要采用的交通信号控制系统以及信号灯控制参数调整和配时方案更新周期的研究成果,深入剖析了交通控制系统基本原理以及车辆在信号控制交叉口的受阻滞过程和受阻滞车辆在交叉口的行驶情况,从交通状态入手着重分析动态交通控制策略和交通需求控制策略,为研究城市交叉路口信号控制动态特征参数提供了理论准备。通过分析交叉路口信号控制系统设计的因素,交通信号控制中的信息流程及交通状态划分,列出了交叉路口信号控制的动态特征参数并解释其含义,从现有的交通检测方法中选择动态特征参数的检测方法,然后选取特定交叉路口进行现场数据采集,利用相关数据处理软件处理数据,给出分析结果。最后,分析了影响信号控制动态特征的因素,并给出了动态特征参数的计算方法及其相互关系,探讨了用动态系统的状态空间法来描述城市交叉路口信号控制的动态特征,为研究交叉路口信号控制动态特征提供新的研究思路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外城市主要采用的信号控制系统

1.3.2信号灯控制参数调整研究现状

1.3.3信号灯配时方案更新周期研究现状

1.3本论文的研究内容及结构安排

1.4研究意义

第2章交通信号控制理论分析

2.1交通控制中的基本概念

2.1.1信号相位与饱和度

2.1.2饱和流量和有效绿灯时间

2.1.3控制参数

2.2交通信号灯的设置依据

2.2.1设置交通信号灯控制的作用

2.2.2设置交信号控制的理论分析方法

2.2.3设置交通信号控制的依据

2.3车辆在信号控制交叉口的受阻滞过程

2.3.1车辆的受阻滞过程

2.3.2受阻滞车辆的行驶情况

2.4交通控制策略

2.4.1交叉口的交通状态分析

2.4.2交叉口的动态交通控制策略

2.4.3交叉口交通需求的控制策略

2.5本章小结

第3章动态系统的状态空间描述

3.1概述

3.2状态空间模型

3.2.1状态空间的基本概念

3.2.2线性系统的状态空间表达式

3.3状态方程的线性变换

3.4状态空间法用于交通控制的可行性

3.4.1交通控制系统的构建与特点

3.4.2状态空间法用于交通控制的可行性

3.5本章小结

第4章交叉路口信号控制动态特征参数的检测

4.1交通控制系统涉及要素

4.2动态特征参数的选取

4.2.1交通信号控制中信息流程

4.2.2交通状态划分

4.2.3动态特征参数的选取

4.3动态特征参数的检测方法

4.3.1固定点交通参数采集方法

4.3.2浮动车交通参数采集方法

4.4交通动态信息采集及处理

4.4.1数据采集

4.4.2数据处理过程

4.5数据分析

4.5.1车辆停止位置统计结果

4.5.2车辆行驶时间-距离曲线

4.6本章小结

第5章交叉口信号控制动态特征分析

5.1信号控制动态特征影响因素

5.1.1交叉口设计

5.1.2信号配时

5.1.3交通流量

5.2动态特征参数确定方法

5.2.1车辆经过交叉路口所需时间

5.2.2车辆经过交叉路口的行驶速度

5.2.3车辆经过交叉路口的加减速次数

5.2.4车辆进入交叉路口的停车位置及停车次数

5.3动态特征参数之间的关系

5.4基于状态空间法的动态特征参数描述

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢