基于城市交通擁堵預(yù)測的主動信號控制方法研究.pdf

1、交通擁堵已嚴重制約我國城市健康可持續(xù)發(fā)展，信號控制作為城市交通管理措施的主要組成部分，它通過時空分離沖突車流以實現(xiàn)交叉口資源的優(yōu)化配置，進而提高路網(wǎng)交通運輸效率，是緩解城市交通擁堵的重要手段。我國城市交通具有路網(wǎng)結(jié)構(gòu)異質(zhì)、機非混行、駕駛行為多樣化等突出特點，對交通擁堵狀態(tài)下的信號控制提出了更高要求。本文面向緩解我國城市交通擁堵的信號控制要求，提出新的主動信號控制方法?；谠詣訖C仿真預(yù)測擁堵交通流，構(gòu)建自適應(yīng)信號控制算法積極適應(yīng)交通波

2、動態(tài)勢，構(gòu)建宏觀基本圖信號控制評估方法主動引導(dǎo)交通演化，均衡路網(wǎng)交通負荷，最終實現(xiàn)交通流運行效率最優(yōu)和路網(wǎng)預(yù)防交通擁堵性能最強的雙重目標，以此來緩解我國城市交通擁堵。
　　本文首先開展了城市交通擁堵特征以及危害的分析。過飽和狀態(tài)和機非干擾是我國城市交通擁堵的兩大致因，對信號控制造成了很大挑戰(zhàn)。過飽和狀態(tài)的危害在于交通溢流、交通滯留和交叉口死鎖等極端狀態(tài)會導(dǎo)致綠燈紅化和車道饑餓，嚴重耗費交叉口時空資源;機非干擾的危害在于機非干擾增大

3、車輛延誤，導(dǎo)致交通運行紊亂，加速交通向擁堵的演化過程。現(xiàn)有的最優(yōu)化信號控制方法在信號方案優(yōu)化、信號方案評估和交通預(yù)測這三方面都存在諸多不足，本文基于此提出新的主動信號控制的研究思路。通過分析主動信號控制的方案優(yōu)化方法和方案評估方法，歸納了自適應(yīng)信號控制和宏觀基本圖兩個研究分支的基本原理。自適應(yīng)信號控制能夠充分調(diào)動道路時空資源，預(yù)判交通發(fā)展態(tài)勢，動態(tài)適應(yīng)局部交叉口的波動交通流。宏觀基本圖提供了評估信號控制效果的理論工具，依據(jù)宏觀基本圖的反

4、饋信息，可進一步優(yōu)選自適應(yīng)信號控制算法，引導(dǎo)信號控制主動介入交通流的演化過程，從宏觀路網(wǎng)層次提升預(yù)防交通擁堵和加速擁堵消散的能力。兩類主動信號控制方法都依賴于可靠地交通流預(yù)測平臺，通過比較分析多種交通流預(yù)測方法的優(yōu)缺點，元胞自動機被推選為本文的交通預(yù)測模型。本文將建立過飽和狀態(tài)和機非干擾狀態(tài)下的交通流元胞自動機預(yù)測模型，并結(jié)合自適應(yīng)信號控制和宏觀基本圖的優(yōu)勢，構(gòu)建適合我國城市交通擁堵特點的主動信號控制方法體系。為預(yù)測過飽和狀態(tài)下的交通流

5、，根據(jù)過飽和狀態(tài)下駕駛員的八種駕駛行為，構(gòu)建了元胞自動機仿真模型，并在南京市四個交叉口進行模型校核，模型指標驗證和仿真驗證的結(jié)果都表明過飽和狀態(tài)下交通流預(yù)測的元胞自動機模型能夠再現(xiàn)過飽和演化過程，交通流預(yù)測精度能夠滿足信號控制要求。為預(yù)測機非干擾下的交通流，本文分析了以非機動車膨脹效應(yīng)為特征的機非干擾現(xiàn)象，建立了機非干擾狀態(tài)的元胞自動機仿真模型，并在南京市和寧波市七個交叉口進行模型校核，模型指標驗證和仿真驗證的結(jié)果都表明機非干擾狀態(tài)下交

6、通流預(yù)測的元胞自動機模型能夠再現(xiàn)非機動車膨脹效應(yīng)，機非干擾導(dǎo)致的機動車延誤也能準確預(yù)測?；谝陨线^飽和狀態(tài)和機非干擾狀態(tài)下的交通流預(yù)測信息，設(shè)計了主動信號控制算法。在優(yōu)化交通流運行效率時，按照路網(wǎng)宏觀基本圖控制要求，采用自適應(yīng)控制中的自組織規(guī)則，充分考慮了機非干擾、交通溢流、交通滯留和交叉口死鎖的控制要求。為了在實際路網(wǎng)上驗證主動信號控制算法，本文基于Simulink開發(fā)了仿真測試平臺。在實際路網(wǎng)上的仿真測試證明，本文提出的主動信號控制