公交專用道信號(hào)優(yōu)先控制理論研究.pdf

1、交通擁擠在全世界范圍內(nèi)日益凸現(xiàn)為亟待緩解的重要問(wèn)題，優(yōu)先發(fā)展公共交通被認(rèn)為是緩解交通問(wèn)題，改善交通狀況，提高交通(客流)運(yùn)輸效率，促進(jìn)交通與城市可持續(xù)發(fā)展的最主要和最有效的途徑之一。在我國(guó)及許多國(guó)家的大城市，公交(本文特指公共汽、電車交通)系統(tǒng)規(guī)模巨大，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，為數(shù)量龐大的出行者提供運(yùn)輸服務(wù)，在城市客流運(yùn)輸系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。在公交系統(tǒng)的總體服務(wù)水平和運(yùn)行可靠性較差，機(jī)動(dòng)化競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越劇烈，公交吸引力較低且改善手段又相

2、對(duì)匱乏和落后，而專用道等公交優(yōu)先基礎(chǔ)設(shè)施得到大力發(fā)展的情況下，公交優(yōu)先控制理論的研究變得極具現(xiàn)實(shí)意義。論文首先提出了公交優(yōu)先控制系統(tǒng)的原型結(jié)構(gòu)，將信號(hào)控制交叉口群，而不是單個(gè)交叉口，作為優(yōu)先控制的對(duì)象；提出了離線優(yōu)先策略與在線優(yōu)先策略相結(jié)合，信號(hào)控制與調(diào)度策略相協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)控制與單點(diǎn)控制互補(bǔ)的優(yōu)先控制思想，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)運(yùn)行的邏輯流程。這一原型設(shè)計(jì)使得優(yōu)先控制系統(tǒng)不但可以應(yīng)對(duì)公交網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、線路發(fā)車頻率低的情形，還適用于道路網(wǎng)絡(luò)密集

3、，公交網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且流量大，交通流總體運(yùn)行可靠性不高，行人過(guò)街需求大且頻繁的狀況。論文隨后分離線優(yōu)先控制策略、在線優(yōu)先控制策略、信號(hào)優(yōu)先與調(diào)度協(xié)調(diào)策略和信號(hào)優(yōu)先優(yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)四個(gè)主要部分展開(kāi)深入研究。離線公交優(yōu)先控制策略中，公交車流和社會(huì)車流共同參與優(yōu)化，首先給出了控制的任務(wù)、目標(biāo)和控制方案的生成邏輯，并主要以四個(gè)信號(hào)配時(shí)參數(shù)：信號(hào)周期、綠信比、相位差和相位相序的優(yōu)化模型與計(jì)算方法為研究重點(diǎn)。提出了“基本周期”與“在線增量”的信

4、號(hào)周期優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)；結(jié)合仿真數(shù)據(jù)給出了模型的基本參數(shù)，分析并佐證了“人均延誤最小”目標(biāo)和“縮短周期利于信號(hào)優(yōu)先”等相關(guān)研究結(jié)論之局限。在交叉口時(shí)空資源相互轉(zhuǎn)化關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，將車道功能劃分作為變量引入信號(hào)配時(shí)參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中，提出了以時(shí)空組合優(yōu)化最優(yōu)為目標(biāo)的綠信比優(yōu)化模型。在相位相序設(shè)計(jì)中，不再拘泥于單個(gè)交叉口和機(jī)動(dòng)車流本身，而是將優(yōu)化范圍擴(kuò)展到信號(hào)協(xié)調(diào)的相鄰交叉口，優(yōu)化對(duì)象擴(kuò)展到行人相位和機(jī)動(dòng)車相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)交叉口群內(nèi)的最

5、優(yōu)化，并考慮了行人過(guò)街這一對(duì)公交系統(tǒng)服務(wù)水平有重要影響的因素。著重研究了考慮公交優(yōu)先后，相鄰交叉口左轉(zhuǎn)相位協(xié)調(diào)優(yōu)化的整數(shù)規(guī)劃模型和行人相位與機(jī)動(dòng)車相位的組合優(yōu)化模型。建立了公交優(yōu)先相位差優(yōu)化模型，并進(jìn)行了敏感性分析。在研究過(guò)程中，對(duì)所建立的模型都進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)證分析，模型的有效性及其相對(duì)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)越性都得到了證明。在線優(yōu)先控制策略研究中，首先研究并確定了在線策略的主要任務(wù)和目標(biāo)，給出了在線控制方案生成的邏輯流程。重點(diǎn)研究

6、了有條件公交協(xié)調(diào)優(yōu)先控制模型，該模型以協(xié)調(diào)控制交叉口群為控制對(duì)象，基于車輛通過(guò)交叉口群的延誤預(yù)測(cè)，以公交車輛運(yùn)行狀態(tài)偏移值(含正、負(fù)兩種情況)最小化為目標(biāo)，以社會(huì)車流運(yùn)行服務(wù)水平(排隊(duì)和延誤)和交通安全等為約束條件，進(jìn)行交叉口群內(nèi)各個(gè)交叉口優(yōu)先策略的組合優(yōu)化。模型包含了降低公交延誤和增加公交延誤兩大類策略，對(duì)優(yōu)先申請(qǐng)生成、優(yōu)先時(shí)間分配、優(yōu)先策略及其延誤計(jì)算、交叉口群策略組合優(yōu)化和多申請(qǐng)排序等關(guān)鍵組成部分進(jìn)行了詳細(xì)研究。協(xié)調(diào)優(yōu)

7、先控制模型具有為公交車輛提供有條件的優(yōu)先，處理多申請(qǐng)，協(xié)調(diào)群內(nèi)交叉口優(yōu)先策略，平衡分配群內(nèi)各交叉口的優(yōu)先程度并保持社會(huì)交通信號(hào)協(xié)調(diào)的能力。為應(yīng)對(duì)由于協(xié)調(diào)模型中公交車輛在交叉口群延誤預(yù)測(cè)不準(zhǔn)的情形，在線優(yōu)先策略還提出了協(xié)調(diào)條件下的單點(diǎn)感應(yīng)優(yōu)先邏輯模型。該模型的目標(biāo)與協(xié)調(diào)策略的目標(biāo)保持統(tǒng)一，根據(jù)車輛在交叉口的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)。為避免公交優(yōu)先對(duì)社會(huì)車流造成較大影響，公交單點(diǎn)感應(yīng)優(yōu)先控制僅采用綠燈延長(zhǎng)和紅燈早斷兩種策略。各策略

8、的控制邏輯和主要參數(shù)的確定方法都進(jìn)行了詳細(xì)的研究。信號(hào)優(yōu)先與調(diào)度在本質(zhì)目標(biāo)上的同一性和現(xiàn)實(shí)的關(guān)連性決定二者之間的協(xié)調(diào)對(duì)兩種策略的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。在對(duì)二者關(guān)系的初步解析的基礎(chǔ)上，面向問(wèn)題，分離線和在線兩部分進(jìn)行了公交信號(hào)優(yōu)先與公交調(diào)度策略協(xié)調(diào)方法的初步探索。以優(yōu)先控制基本功能和核心模型實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了公交優(yōu)先控制軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流圖，并應(yīng)用Java Eclipse編程實(shí)現(xiàn)了軟件的基礎(chǔ)版本V1.0。論文設(shè)計(jì)了公交優(yōu)先系