动态交通分配建模研究及信号控制一体化分析

摘要

先进的驾驶员信息系统是智能运输系统的重要组成部分。作为其核心和基础，动态交通分配一直是智能交通领域的研究热点和焦点问题。城市交通控制作为交通网络管理的有效手段，它与交通分配的动态结合将为交通流的管理提供更大的空间。 在这个背景下，本文作如下研究：1)网络优化评价和动态时空分区本文提出了交通网络动态可分配性的概念，来表征动态交通网络的优化有效性指标。本文结合较为成熟的控制网络空间分区方法，引入时间分区的概念，以可分配性为判别标准，建立了网络时空划分的动态框架。 2)面向动态交通分配的路段费用函数建模研究本文基于波动理论，考虑了车辆的实际长度，给出了车辆在路口的信号延误函数和平均排队指标。提出的函数模型不仅适用于不饱和状态，也能很方便的计算饱和状态下车辆在路口的运行信息。考虑了有实际长度的饱和排队以及由此带来的车辆在路段上的连续行驶的影响，建立了有排队路段费用函数计算模型。 3)建立了饱和交通网络的动态交通分配的变分不等式模型及控制一体化模型本文建立了饱和动态交通分配的变分不等式模型，提出了边界瞬时用户最优交通分配的概念。在模型的建立中，详细考虑了基于First-In-First-Out(FIFO)规则下的交通流传播约束以及容量约束。基于饱和网络的车辆路段行驶时间函数的分析，对静态时空推广网络进行了有实际长度排队的修正。在边界瞬时均衡的概念下，假定饱和网络各个路段的交通流达到瞬时稳态，将信号路口简化为一个路段瓶颈。通过调整绿信比来对不可避免的排队进行管理，共同实现网络交通流的优化配置。 4)建立了多用户交通流动态交通分配的变分不等式模型这部分内容是上述研究的延伸。本文基于超车现象的分析，对网络中的车辆以行驶速度为关键因素进行了分类，详细考虑不同类型车辆之间可能存在的不对称影响，建立了多用户动态行驶时间函数。重新构造分类有序的交通流形式，建立了多用户的动态交通分配模型准确描述多用户条件下交通流的动态变化，对同一类型车辆构成的交通流，FIFO规则依然成立。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1研究背景

1.2研究内容

1.3论文结构

第二章动态交通分配和交通控制研究综述

2.1动态交通分配方法综述

2.1.1计算机模拟方法

2.1.2数学规划方法

2.1.3最优控制理论方法

2.1.4变分不等式方法

2.2动态交通分配两种优化目标综述

2.2.1动态系统最优分配

2.2.2动态用户最优分配

2.3城市交通信号基本控制方式综述

2.3.1交通信号的三种控制形式

2.3.2三种典型的信号路口交通控制策略[68]

2.4本章小结

第三章动态交通网络优化评价和时空分区研究

3.1交通网络的动态可分配性概念

3.2交通网络动态可分配性的影响因素分析

3.2.1交通网络的拓扑特性

3.2.2交通网络的饱和度分析

3.2.3交通网络的动态特性

3.3城市交通网络动态可分配性的多层次模糊综合评判

3.3.1模糊综合评判方法在交通领域中的应用综述

3.3.2交通网络可分配性综合评判的关键步骤

3.3.3权重的确定

3.3.4隶属度函数的选择

3.3.5动态可分配性综合评判示例

3.4大规模交通网络的时空分区研究

3.4.1大规模交通网络时空分区的必要性

3.4.2大规模交通网络动态分区的必要性

3.4.3交通网络动态空间分区原则

3.4.4交通网络时间分区原则

3.4.5面向动态交通分配的交通网络动态子区时空划分流程

3.5本章小结

第四章饱和城市交通网络的路段费用函数分析

4.1城市道路旅行时间函数研究综述

4.1.1路段行驶时间的代表性计算模型

4.1.2交叉口延迟的代表性计算模型

4.1.3综述小结

4.2城市道路路段行驶时间的组成分析

4.3车辆在信号路口的延误分析

4.3.1基于波动理论的车辆信号路口运行行为分析

4.3.2基于波动理论的车辆信号延误函数

4.3.3信号路口总延误D的求取

4.4容量约束下的车辆旅行时间分析

4.4.1车辆在路段上的连续流行驶时间

4.4.2车辆的饱和排队延误

4.5示例

4.5.1路口处理的有效性验证

4.5.2车辆在信号路口的延误时间仿真

4.5.3容量约束条件下车辆的路段行驶时间仿真

4.6本章小结

第五章饱和网络的动态用户最优交通分配建模研究

5.1动态用户瞬时最优状态描述

5.2动态用户最优的变分不等式描述

5.3约束分析

5.3.1路段状态方程

5.3.2 First-in-first-out约束

5.3.3交通流传播约束

5.3.4排队状态方程

5.3.5守恒约束、边界约束及非负约束

5.3.6离散状态下的约束集合

5.4基于路段的动态用户最优分配的变分不等式模型

5.4.1变分不等式建模的必然性分析

5.4.2基于路段的离散动态用户最优变分不等式分配模型

5.5静态时空推广交通网络

5.5.1时空网络的提出及其发展

5.5.2基于饱和路网路段费用函数分析上的时空网络推广

5.5.3时空网络上的路段行驶时间描述

5.6动态用户最优变分不等式分配模型的求解

5.6.1模型解的存在性和唯一性

5.6.2 F-W算法

5.6.3最短路径的选择

5.6.4对角化方法

5.6.5初始化

5.6.6动态用户最优变分不等式交通分配的求解流程

5.7示例

5.7.1初始化

5.7.2交通流优化结果及分析

5.8本章小结

第六章饱和城市交通网络的一体化建模研究

6.1交通分配和信号控制的一体化研究综述

6.1.1交通分配和信号控制一体化的必要性[114]

6.1.2静态一体化研究综述

6.1.3动态一体化研究综述

6.1.4动态交通分配和信号控制的一体化研究展望

6.2一体化策略分析

6.2.1优化策略

6.2.2饱和网络下的信号优化设置

6.3路段费用函数

6.3.1路段费用函数分类

6.3.2离散方案

6.4一体化模型的建立和求解

6.4.1一体化模型公式

6.4.2一体化模型的求解

6.5示例

6.5.1一体化示例模型及参数

6.5.2一体化模型的初始化和动态优化

6.5.2一体化性能说明

6.5.3结论

6.6本章小结

第七章基于超车现象的多用户动态最优分配建模研究

7.1多用户分类研究综述

7.1.1基于驾驶员路径选择行为的用户分类

7.1.2基于驾驶员属性的用户分类

7.2基于超车现象分析下的用户分类

7.2.1按车辆的类型进行分类

7.2.2按驾驶员的驾驶习惯分类

7.2.3车辆相互影响的不对称性分析

7.3多用户路段行驶时间函数研究

7.3.1多用户交通流路段行驶时间函数研究综述

7.3.2模型提出

7.3.3仿真验证

7.4多用户动态交通最优分配模型

7.5变分不等式模型的最优等价性证明

7.6多用户约束集合

7.6.1状态方程和守恒约束

7.6.2满足强FIFO规则的交通流传播约束

7.6.3边界约束和非负约束

7.7示例

7.7.1多用户均衡分配中的“稳态输入-动态输出“现象

7.7.2结果数据

7.7.3结果说明

7.8本章小结

第八章结论以及今后的工作

8.1全文总结

8.2今后的工作

参考文献

致谢

个人简历、博士期间发表的论文及参加的科研项目