城市路網交通信號協(xié)調控制理論與方法研究.pdf

1、隨著交通需求的不斷增加，城市路網內特別是相鄰交叉口之間的時空關聯(lián)作用越來越強。最直觀的體現(xiàn)是，路網中某一個交叉口的交通狀態(tài)發(fā)生變化譬如發(fā)生交通擁堵時，將對與其相鄰的若干交叉口的交通狀態(tài)產生直接影響。相應的，某一交叉口交通信號配時發(fā)生變化而導致交通狀態(tài)發(fā)生變化，也必然影響相鄰交叉口信號配時的優(yōu)化與調整。為此，以路網中的某個區(qū)域（或者整個路網）為控制對象，以區(qū)域的整體交通效益為優(yōu)化目標，對區(qū)域內所有交叉口進行協(xié)調控制，已經成為提高交通信號控

2、制系統(tǒng)運行效率的主要方法。針對現(xiàn)有交通信號協(xié)調控制方法的不足，本文在雙向干道交通信號協(xié)調、基于模型預測控制的大規(guī)模路網交通信號協(xié)調控制等方面進行了相關研究。
　　本文的主要研究成果包括如下幾個方面:
　　1、提出了一種基于干道協(xié)調和路網分解的路網交通信號協(xié)調控制方法。在干道協(xié)調控制中，為了實現(xiàn)干道雙向綠波協(xié)調，建立了一個基于協(xié)調相位綠燈啟動時刻的干道協(xié)調優(yōu)化模型。設計了一個相序優(yōu)化調整策略，對優(yōu)化后的綠燈啟動時刻進行了調整，

3、以確保能夠實現(xiàn)干道的雙向協(xié)調控制。為了減少計算復雜度，定義了干道協(xié)調優(yōu)先指數(shù)，構建了一種基于干道協(xié)調優(yōu)先級別的路網分解算法。所提算法最大的特點是，將整個路網的交通信號協(xié)調控制和優(yōu)化問題成功的轉換成了對路網中若干具有較高協(xié)調優(yōu)先等級的干道以及少數(shù)分散在路網中不同區(qū)域的若干單個交叉口進行協(xié)調控制的優(yōu)化問題。
　　2、提出了一種考慮進口道排隊清空過程的雙向干道交通信號協(xié)調控制方法。在進行干道協(xié)調控制時為了更精確的建模干道上的實際交通狀況

4、，分析了干道交叉口進口道排隊車輛的清空過程。為了精確計算排隊清空時間，提出了一個排隊長度估計模型。分析和討論了實現(xiàn)干道雙向協(xié)調時，各個路口協(xié)調相位綠燈啟動時刻需要滿足的約束條件。另外，為了保證干道雙向協(xié)調的有效性特別是實現(xiàn)協(xié)調帶寬的最大化，討論了各種可能的相序組合方案并給出了若干相序調整和優(yōu)化策略。提出了一個基于混合整數(shù)規(guī)劃的協(xié)調控制模型，并給出了相應的優(yōu)化求解方法。最后，基于一個由八個交叉口構成的干道對所提協(xié)調控制算法進行了仿真測試，

5、實驗結果證實了所提算法的有效性。
　　3、提出了一種基于分層模型預測控制的大規(guī)模城市路網交通信號協(xié)調控制方法?；谝粋€改進的線性交通流動態(tài)描述模型，給出了整個路網基于模型預測控制的交通信號控制模型，并在其中引入了關聯(lián)平衡約束來描述子網絡間的相互關聯(lián)作用。為了解決集中模型預測控制在大規(guī)模交通信號優(yōu)化控制中，存在著計算復雜度高、實時應用能力差、基本不具有現(xiàn)實可行性的問題，設計了一個分解策略，將整個路網的協(xié)調控制與優(yōu)化問題重新分解成了若

6、干子網絡優(yōu)化問題，并提出了一種基于分層結構的關聯(lián)預測法對子網絡進行了協(xié)調控制和優(yōu)化。在底層，基于預測的來自相鄰子網絡的關聯(lián)信息并行的對各個子網絡的交通信號控制模型進行優(yōu)化和控制，同時將優(yōu)化后的各個子網絡的輸出信息傳送給上層控制器。在上層，對協(xié)調向量進行優(yōu)化和更新，實現(xiàn)對子網絡的協(xié)調控制和優(yōu)化，最終找到一個全局最優(yōu)解或者是近優(yōu)解。最后，設計一個仿真實驗證實了所提算法的有效性。
　　4、提出了一種基于分布式模型預測控制的大規(guī)模城市路網

7、交通信號協(xié)調控制與優(yōu)化方法。為了精確描述路網中各個路段上交通流的動態(tài)變化過程，考慮了路段上的交通流擾動，構建了一個改進的非線性動態(tài)交通流描述模型?；谠摲蔷€性交通流模型，給出了一個基于模型預測控制的大規(guī)模城市路網交通信號控制優(yōu)化模型。由于路網中不同交叉口的控制周期時間和采樣時間可能不同，為了實現(xiàn)路網中相鄰路段間交通流的協(xié)調控制，給出了相應的時間同步方法。另外，為了減少計算復雜度，提高協(xié)調控制算法的實時優(yōu)化性能，基于對偶優(yōu)化理論和所設計的