考虑车辆尾气排放因素的公交信号优先控制策略及微观仿真研究

摘要

随着我国经济的发展与汽车保有量的迅速攀升，机动车尾气排放污染已经成为城市空气污染的主要来源之一。另外，由于交叉口区域的信号控制措施，机动车加减速和怠速工况明显增加，使得交叉口成为了路网中高排放和高能耗区域。为了落实“公交优先”发展战略、降低交叉口区域的机动车尾气排放量，改善交叉口公交信号优先控制措施势在必行。
　　在此背景下，本文以机动车台架试验获取的大量排放数据为基础，探索了机动车在加速、减速和怠速工况下的排放情况，并以此为基础，在公交信号优先的控制方式下，以最大的综合效益为目标，提出了考虑排放的公交信号优先控制策略。最后通过VISSIM仿真实验实施了该策略，结果表明，本文提出的公交信号优先方案不仅能够降低公交车辆的延误和排放，还能确保交叉口的整体效益。本论文的具体研究成果如下:
　　1、研究粒子群算法中学习因子与惯性权重的优化方法，与使用常量作为学习因子和惯性权重参数值的原始粒子群算法不同，本文在原始算法中加入两个优化公式，使学习因子和惯性权重随迭代次数变化而变化，并使用Matlab编写了优化的粒子群算法，研究优化公式在不同阈值下的优化效果，最终提高了粒子群算法的准确性和收敛速度。
　　2、本文建立了考虑排放的公交信号优先控制模型。该模型以性能指标函数的形式对公交信号优先方案进行评价，由乘客时间效益指标函数和环境效益指标函数两部分组成，并在Matlab中使用优化的粒子群算法实现了模型的快速求解。对乘客时间效益指标函数和环境效益指标函数的研究表明，优先相位的绿延时时间越长，交叉口区域的乘客时间效益和环境效益越低，并且当第一绿灯压缩相位的压缩时间达到极限后，两项效益值的下降幅度会增大。
　　3、选择中关村东路与知春路交叉口进行了公交信号优先控制的实例研究。以VISSIM作为仿真平台，利用Matlab、优化的粒子群算法计算出不同优先情况下的最优配时方案，并在VisVAP中编写公交信号优先控制的程序，最后通过VISSIM仿真实现本文提出的公交优先控制策略。仿真结果表明，本文提出的公交信号优先控制策略不但能够显著提高公交车在交叉口的运行效率、降低公交车的排放量，并且还能保证交叉口总体的延误水平和排放量维持在较小的变化范围内，显示出了良好的实际运行控制效果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究综述

1．3．1 公交信号优先发展与研究现状

1．3．2 机动车尾气排放研究现状

1．3．3 考虑排放因素的交叉口信号控制研究现状

1．3．4 小结与启示

1．4 研究目标与内容

2 考虑排放的公交信号优先控制的策略和评价指标

2．1 单点交叉口信号控制的要素

2．2 公交信号优先控制

2．2．1 公交信号优先的控制目标

2．2．2 公交信号优先的控制策略

2．3 信号控制交叉口的车辆尾气排放

2．3．1 汽车尾气的产生

2．3．2 信号控制交叉口的尾气排放影响因素

2．3．3 交叉口附加尾气排放量的计算方法

2．4 公交信号优先控制的评价指标

2．4．1 附加乘客总延误

2．4．2 附加尾气排放量

2．5 本章小结

3 粒子群优化算法

3．1 原始粒子群算法

3．1．1 算法原理

3．1．2 算法流程

3．2 粒子群算法的优化

3．2．1 学习因子的优化

3．2．2 惯性权重的优化

3．2．3 粒子群优化算法性能测试

3．3 粒子群优化算法的应用

3．3．1 算法应用的基本步骤

3．3．2 建立PSO算法的Matlab工具箱

3．3．3 算法参数的经验设置

3．4 本章小结

4 考虑排放因素的公交信号优先控制模型

4．1 考虑排放因素的公交信号优先控制策略

4．2 交叉口附加排放量模型

4．3 性能指标函数

4．3．1 乘客时间效益的指标函数

4．3．2 环境效益的指标函数

4．3．3 综合性能指标函数

4．4 模型的主要参数

4．4．1 平均排放率

4．4．2 污染物权重

4．4．3 加-减速延误参数δ

4．4．4 排放及延误的经济量化参数

4．4．5 最小绿灯时间

4．5 模型求解与配时调整

4．5．1 模型求解

4．5．2 配时调整

4．6 本章小结

5 实例仿真

5．1 研究对象选取及基本交通状况

5．2 微观仿真平台及信号控制模块建立

5．2．1 仿真平台搭建

5．2．2 固定信号配时控制模块

5．2．3 公交信号优先控制模块

5．3 仿真试验

5．4 仿真结果分析

5．4．1 公交信号优先方案的执行情况

5．4．2 延误分析

5．4．3 排放量分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历

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