基于物理排隊的城市動態(tài)交通信號優(yōu)化控制研究.pdf

1、智能交通系統(tǒng)(ITS)的出現(xiàn)為解決交通擁擠、改善交通狀況、提高道路的交通能力提供了新的途徑。其中，先進的交通管理系統(tǒng)(ATMS)是ITS的核心部分之一，城市交通信號控制系統(tǒng)是ATMS關鍵部分，是解決交通問題的有效方法之一，而有效的交通信號控制依賴于對交通流動力學特征的準確建模。本文依托國家自然科學基金項目“考慮物理排隊條件下多車型動態(tài)交通分配問題研究”，針對城市動態(tài)交通信號優(yōu)化控制問題，基于具有物理排隊的動態(tài)交通流模型，根據是否考慮交通

2、網絡用戶的路徑選擇行為對交通流形態(tài)的影響，以兩種方式展開研究：一種是不考慮路網用戶的路徑選擇行為，研究城市動態(tài)交通信號優(yōu)化控制問題，以給定的交通流形態(tài)為前提，采用單層優(yōu)化策略，建立交通信號優(yōu)化控制模型并求解，獲得最優(yōu)信號控制策略；另一種是考慮了路網用戶的路徑選擇行為，研究動態(tài)交通信號控制與動態(tài)交通分配的組合優(yōu)化問題，依據變化的交通流形態(tài)，采用雙層優(yōu)化策略，建立動態(tài)交通信號優(yōu)化控制與交通分配的廣義雙層優(yōu)化模型并求解，確定最優(yōu)信號控制策略及

3、優(yōu)化路徑流。主要研究工作及創(chuàng)新點如下：
　　 (1)研究了不確定交通需求下城市單路口動態(tài)交通信號優(yōu)化控制問題。采用CTM(celltransmissionmodel，CTM)來描述路口交通流的運行狀況，反映交通流動力學特征，在考慮交通需求不確定性的情況下，建立了基于CTM的單路口動態(tài)交通信號優(yōu)化控制模型，并利用遺傳算法進行了優(yōu)化求解。仿真結果表明：在未飽和、飽和及過飽和交通狀況下，模型都能夠有效地反映交通需求的不確定性對信號配時

4、及車輛延誤和通過能力計算產生的影響，實現(xiàn)了對單路口交通信號的優(yōu)化配置。
　　 (2)研究了城市多路口交通信號多目標優(yōu)化控制問題。以整個網絡延誤、油耗以及路網機動車尾氣排放量（在過飽和交通狀況下，考慮了系統(tǒng)通過能力）為優(yōu)化目標，推導了基于CTM的油耗以及路網機動車尾氣排放量計算公式，采用CTM來描述多路口交通流的運行狀況，建立了基于CTM的城市交通信號多目標優(yōu)化控制模型，并利用多目標遺傳算法進行了優(yōu)化求解。仿真結果表明：在多種交通

5、流狀況下，可以實現(xiàn)對交通信號的協(xié)調控制與優(yōu)化設置。
　　 (3)研究了路網中多用戶路徑選擇行為下的動態(tài)交通信號優(yōu)化控制問題。利用具有物理排隊的動態(tài)網絡模型捕捉路網中排隊后溢交通流動力學特征，在時變需求和控制策略下考慮了多用戶路徑選擇行為，依據變化的交通流形態(tài)，建立了一個基于物理排隊的多用戶動態(tài)交通分配與交通信號優(yōu)化控制的廣義雙層規(guī)劃模型，并利用智能優(yōu)化算法進行了求解，確定最優(yōu)信號控制策略。仿真結果表明：在飽和及過飽和路網中，可以

6、實現(xiàn)交通信號的優(yōu)化設置和路徑流的合理配置。
　　 (4)研究了路網中多車型隨機用戶路徑選擇行為下的動態(tài)交通信號優(yōu)化控制問題。基于具有物理排隊的多車型動態(tài)網絡模型，建立多車型隨機用戶動態(tài)交通分配與交通信號控制的廣義雙層規(guī)劃模型。上層是信號優(yōu)化控制模型，考慮了多車型下的隨機用戶路徑選擇行為，確定最優(yōu)信號控制策略使路網出行時間最??；下層為多車型隨機動態(tài)交通分配模型，預測多車型用戶對給定信號控制策略的響應，獲得相應優(yōu)化路徑流。采用智能優(yōu)