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原文传递基于城市交通拥堵预测的主动信号控制方法研究

论文题名：	基于城市交通拥堵预测的主动信号控制方法研究
关键词：	城市交通;车流疏导;信号控制;计算机技术
摘要：	交通拥堵已严重制约我国城市健康可持续发展，信号控制作为城市交通管理措施的主要组成部分，它通过时空分离冲突车流以实现交叉口资源的优化配置，进而提高路网交通运输效率，是缓解城市交通拥堵的重要手段。我国城市交通具有路网结构异质、机非混行、驾驶行为多样化等突出特点，对交通拥堵状态下的信号控制提出了更高要求。本文面向缓解我国城市交通拥堵的信号控制要求，提出新的主动信号控制方法。基于元胞自动机仿真预测拥堵交通流，构建自适应信号控制算法积极适应交通波动态势，构建宏观基本图信号控制评估方法主动引导交通演化，均衡路网交通负荷，最终实现交通流运行效率最优和路网预防交通拥堵性能最强的双重目标，以此来缓解我国城市交通拥堵。　　本文首先开展了城市交通拥堵特征以及危害的分析。过饱和状态和机非干扰是我国城市交通拥堵的两大致因，对信号控制造成了很大挑战。过饱和状态的危害在于交通溢流、交通滞留和交叉口死锁等极端状态会导致绿灯红化和车道饥饿，严重耗费交叉口时空资源;机非干扰的危害在于机非干扰增大车辆延误，导致交通运行紊乱，加速交通向拥堵的演化过程。现有的最优化信号控制方法在信号方案优化、信号方案评估和交通预测这三方面都存在诸多不足，本文基于此提出新的主动信号控制的研究思路。通过分析主动信号控制的方案优化方法和方案评估方法，归纳了自适应信号控制和宏观基本图两个研究分支的基本原理。自适应信号控制能够充分调动道路时空资源，预判交通发展态势，动态适应局部交叉口的波动交通流。宏观基本图提供了评估信号控制效果的理论工具，依据宏观基本图的反馈信息，可进一步优选自适应信号控制算法，引导信号控制主动介入交通流的演化过程，从宏观路网层次提升预防交通拥堵和加速拥堵消散的能力。两类主动信号控制方法都依赖于可靠地交通流预测平台，通过比较分析多种交通流预测方法的优缺点，元胞自动机被推选为本文的交通预测模型。本文将建立过饱和状态和机非干扰状态下的交通流元胞自动机预测模型，并结合自适应信号控制和宏观基本图的优势，构建适合我国城市交通拥堵特点的主动信号控制方法体系。为预测过饱和状态下的交通流，根据过饱和状态下驾驶员的八种驾驶行为，构建了元胞自动机仿真模型，并在南京市四个交叉口进行模型校核，模型指标验证和仿真验证的结果都表明过饱和状态下交通流预测的元胞自动机模型能够再现过饱和演化过程，交通流预测精度能够满足信号控制要求。为预测机非干扰下的交通流，本文分析了以非机动车膨胀效应为特征的机非干扰现象，建立了机非干扰状态的元胞自动机仿真模型，并在南京市和宁波市七个交叉口进行模型校核，模型指标验证和仿真验证的结果都表明机非干扰状态下交通流预测的元胞自动机模型能够再现非机动车膨胀效应，机非干扰导致的机动车延误也能准确预测。基于以上过饱和状态和机非干扰状态下的交通流预测信息，设计了主动信号控制算法。在优化交通流运行效率时，按照路网宏观基本图控制要求，采用自适应控制中的自组织规则，充分考虑了机非干扰、交通溢流、交通滞留和交叉口死锁的控制要求。为了在实际路网上验证主动信号控制算法，本文基于Simulink开发了仿真测试平台。在实际路网上的仿真测试证明，本文提出的主动信号控制算法能提升交通流运行效率，预防过饱和发生，主动引导交通负荷均衡分布，提升路网抵御和缓解交通拥堵的能力。
作者：	江航
专业：	交通运输工程；交通运输规划与管理
导师：	任刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文