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基于显式模型预测控制方法的区域边界交通信号控制研究
| 论文题名： | 基于显式模型预测控制方法的区域边界交通信号控制研究 |
| 关键词： | 城市道路;区域边界;交通信号;显式模型预测控制 |
| 摘要： | 随着中国机动车保有量的不断增长，城市交通拥堵已逐渐从节点和干线向整个网络扩散。而城市区域路网在时间上道路交通状况千变万化，在空间上拓扑结构错综复杂。因此，寻求一种能够实时有效缓解城市区域级别路网交通拥堵的控制策略逐渐成为智能交通领域广泛关注的热点研究。 针对城市网络拥堵的实时有效控制问题，本文提出了一种宏微观结合的城市路网区域边界信号递阶控制策略。宏观上以交通子区为研究对象，在两子区边界通过对从外部子区进入受保护子区的交通流进行限制，从而保障受保护子区处于交通流量最大的期望状态。微观上通过对边界路口交通信号灯进行配时，以总体车辆等待时间最少为目标，建立多交叉口信号配时数学优化模型，将宏观控制得出的两子区边界的放行车辆比例在微观层次具体实现。论文主要研究内容如下： 首先，宏观交通流动力学建模。将城市路网划分为受保护和外部两个子区，利用宏观基本图作为子区交通性能评估工具，针对两个子区交通流系统建立流量守恒方程，用以描述系统的动态变化过程。基于守恒方程进一步建立以区域间转移车辆数为状态变量的状态方程，从而建立以受保护子区处于期望状态为目标的两区域交通流系统的宏观边界控制多参数二次优化模型。 其次，宏观边界控制策略设计。针对边界控制问题求解效率低的问题，采用“离线+在线”相结合的控制逻辑，引入显式模型预测控制方法，建立包含离线与在线两阶段的交通流显式模型预测边界控制框架。其中，在离线阶段，通过显式模型预测控制方法划分系统状态空间并得到对应的显式控制律，以便实时计算得到最优控制参数（外部子区至受保护子区车辆放行比例）。在线阶段，通过建立状态误差补偿器，对时变特性导致的状态偏差进行补偿，随后对补偿后的系统状态进行分区定位，可动态迭代快速计算获得控制参数，从而克服了传统模型预测控制方法在边界控制优化求解过程中计算复杂度过高的问题，便于将宏观边界控制结果用于指导现实交通灯的信号控制。 最后，微观信号控制仿真实现。以两子区边界交叉口进口道的车辆等待时间最小为目标，以绿灯时间为决策变量，建立微观信号控制优化模型。通过SUMO（Simulation of Urban Mobility）微观仿真软件提供的TraCI（Traffic Control Interface）交通控制二次开发接口，采用遗传算法对微观信号控制优化模型进行求解，同步更新边界交叉口信号灯配时方案。通过与传统固定配时方案的信号控制效果进行比较，验证了本文所提出边界控制指导下的微观信号控制优化方法有效。 |
| 作者： | 娄成杭 |
| 专业： | 工业工程 |
| 导师： | 傅惠;王叶飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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