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考虑低排放的交叉口信号优化方法研究
| 论文题名： | 考虑低排放的交叉口信号优化方法研究 |
| 关键词： | 交叉口;信号优化;车辆排放;比功率;多目标优化 |
| 摘要： | 城市的快速发展使得交通问题日益凸显，人民日益增长的出行需求与有限道路空间的矛盾愈发突出，交通事故频发和环境污染等问题也愈发严重。城市道路交叉口作为车辆汇聚、疏散的关键点，如何提高其运行效率和安全性一直以来都是学者研究的热点。同时交叉口处的车辆受行人过街和信号控制等外界因素的影响，其运行工况变化频繁，增加了尾气排放，加剧了空气污染，对交叉口处行人的身体健康造成了不利影响。合理的信号配时方案能够使更多的车辆安全平稳地通过交叉口，减少交通运输产生的污染物。因此，优化交叉口处的信号配时方案以缓解交通问题是亟待研究的课题。 本文以减少车辆排放的污染物为目标，由点及线，研究合理的信号配时方法，建立目标优化模型，对现有智能算法改进并求解，最后以实际场景为研究对象，验证本文提出的信号配时方法与改进后求解算法的有效性。具体研究内容如下： 首先，对基于比功率的排放模型进行了分析，通过分析比功率分布区间与各污染物排放率的关系，发现车辆各污染物的排放率均在怠速状态下最小，并随着车辆速度的增大而增加。分别选取高饱和度与低饱和度两种交叉口车辆运行状态，通过VISSIM仿真得到交叉口所有车辆的轨迹数据，通过分析基于车型、停车次数与不同延误的比功率分布，得出结论：交叉口车辆的比功率峰值均出现在[0，1）区间，且高饱和度交叉口比功率峰值均大于低饱和度交叉口。 其次，对单点交叉口信号优化进行研究，综合考虑交通运行效率和环境因素，选择交叉口的延误、排队长度和排放为优化指标，建立信号配时多目标优化模型，对遗传算法进行改进并求解，搭建了基于VISSIM的单点交叉口微观仿真系统框架。以台前县金水路-人民路交叉口为例进行仿真分析，对比优化前后的效果，发现经过多目标模型优化后，该交叉口的总延误、总排队长度和污染物排放总量分别降低了21%、23%和15%，证明了本文提出的单点信号配时多目标优化模型和改进求解算法的有效性。 最后，对干线协调信号优化进行分析，建立干线协调系统排放量最小模型，求解过程中将突变运算和退火思想相结合，提出改进的模拟退火算法。以济宁市洸河路干线为例进行仿真分析，仿真结果表明本文提出的方法优化后使污染物排放量降低了24.53%，相比于传统绿波协调模型优化降低13.22%的排放量效果更出色。同时对改进前后的模拟退火算法进行验证，发现改正后的模拟退火算法收敛速度更快、收敛效果更好。 |
| 作者： | 赵玉 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 林赐云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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