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原文传递城市道路交通网络过饱和状态信号控制方法研究

论文题名：	城市道路交通网络过饱和状态信号控制方法研究
关键词：	交通网络;城市道路;过饱和状态;交通信号;模糊控制;边界控制
摘要：	随着我国经济的快速发展，机动车保有量迅猛增加，交通拥堵持续加剧，这已成为我国经济与社会发展的制约因素，迫使各级政府加大力量研究和改造城市交通信号控制系统。与此同时，科学技术的快速发展也允许我们将新的控制理论方法和技术手段引入到交通信号控制领域来解决拥堵问题。由于大部分交通信号控制系统均针对非饱和网络进行设计，当网络处于过饱和状态时，系统控制性能大幅下降，因此过饱和网络信号控制仍是交通控制领域中难题。在此背景下，论文针对过饱和网络信号控制问题展开研究，主要研究成果总结如下: 　　第一，提出网络控制子区动态划分方法。以灯控路口为网络顶点、相邻路口连接路段为有向边、路段阻抗为边权值建立网络加权有向图，其连接拓扑由加权邻接矩阵表示，通过设定边权阈值将其转化为普通邻接矩阵。基于网络顶点K步可达结构分解方法，求解网络关键顶点（即关键路口），计算以网络关键顶点为根顶点的K步可达集，将此K步可达集划分为一个子区，以子区内路段空间占有率方差为指标，评价子区内路段交通状态相似性。　　第二，提出区域交通状态一致信号控制设计方法。基于网络交通流守恒原理，建立以路段车流放行比例为控制量、网络边界车流为输入量的网络交通信号控制状态空间模型;基于非负矩阵理论，建立网络路段稳态值与区域边界输入车流间的解析关系;基于模糊聚类方法，对子区内路段集合进行划分，并给出网络内路段稳态值的计算方法;基于控制论中反馈控制思想，提出分布式状态一致信号控制律，实现网络交通流空间分布的均衡，从而缓解局部交通拥堵、提升网络通行能力。　　第三，提出区域信号协作控制设计方法。在路段排队阈值确定的基础上，综合考虑当前路段车辆排队消散时间、上下游路段剩余排队空间充满时间等因素，建立相邻路口间交通状态的关联性，给出车流间交通状态相似度指标定义，定量评价相位内车流间交通状态的相似程度，提出动态相位组合及可变相序设计方法;并基于集散波理论，考虑公交车在车流排队中的权重，进一步提出路口信号模糊控制设计方法，实现降低路段溢流发生概率的控制目标。　　第四，提出子区边界控制优化方法。给出区域边界的定义，包括边界路段与边界路口。分别以路口人均延误及平均旅行时间为指标，建立交通控制与诱导子系统优化模型;以周期、绿信比及区域边界车流量等为系统优化变量，提出交通控制与诱导协同优化目标函数，采用遗传算法求解。并通过仿真试验验证协同算法的有效性。　　最后，选取北京市实际路网拓扑，对子区动态划分、交通状态一致信号控制、动态相位组合与可变相序等控制方法的综合应用进行验证。
作者：	马旭辉
专业：	系统工程
导师：	董宝田
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文