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原文传递考虑供需不确定性的单点交叉口信号控制时段划分与配时参数联合鲁棒优化

论文题名：	考虑供需不确定性的单点交叉口信号控制时段划分与配时参数联合鲁棒优化
关键词：	城市道路;单点交叉口;信号控制;时段划分;配时参数;鲁棒优化;供需不确定性
摘要：	智能化的城市道路交叉口信号配时参数优化对于缓解交通拥堵，提升路口交通精细化治理水平具有积极作用。尽管感应控制、自适应控制等实时信号控制方式已在工程上成功应用，但是现阶段多时段固定信号控制方案优化的研究仍具有重要意义。一方面，实时信号控制系统建设和维护成本较高，多时段定时信号控制仍是我国大多数城市采用的主要方式；另一方面，多时段定时信号控制方案作为感应控制、自适应控制的背景方案，其优劣程度也会制约实时信号控制的应用效果。本文针对现有多时段定时信号配时参数优化方法在考虑交通供需波动特性，控制时段划分与配时参数鲁棒优化协同方面的不足，在对交叉口交通供需特征提取的基础上，基于双层规划的思想，提出了路口交通信号控制时段划分与配时参数联合鲁棒优化模型，并对该模型的控制效果进行评估。　　在交叉口交通供需特征提取方面，论文基于现实路口普遍可获取的车牌识别数据，利用相邻交叉口非完整的车牌匹配信息，考虑车道累积车辆到达-驶离曲线的守恒关系、临近周期车流到达模式的相似性，提出了一种基于机器学习框架的车道累积车辆到达曲线重构方法，完整重构的车辆累积到达曲线提供了车道级准确的车流交通需求信息；利用绿灯时期车辆驶离停车线的车头时距序列，采用隐马尔科夫模型对车流驶离的状态转移过程进行建模，通过解码饱和通行、自由流通行两种隐含通行状态，实现了饱和车头时距的提取，为刻画车道级动态交通供给特征提供了支撑。　　在多时段交通信号配时参数优化方面，针对既有方法未协同考虑交通信号控制时段划分与配时参数鲁棒优化的不足，以历史多天路口各车道的累积车辆到达曲线与动态饱和车头时距数据作为路口供需不确定性情景，论文提出了基于双层规划的时段划分与信号配时参数联合鲁棒优化模型。提出方法从时段最小划分间隔出发，下层模型采用基于路口延误均值-方差加权的鲁棒优化模型，生成各时段的鲁棒信号配时参数；上层模型以下层模型提供的各时段鲁棒信号配时参数为输入，采用时间序列分段算法，通过自下而上地合并相似的信号控制配时方案，更新时段划分方案。通过上下层模型的迭代优化过程，最终联合优化生成多时段交通信号配时鲁棒方案。　　在方法的性能评估方面，论文以昆山市前进路/长江路口为研究对象，利用路口采集的车牌识别数据，提取了路口供需特征信息，以现实数据和供需特征为依据，构建了基于 SUMO 的交通仿真环境。论文对比分析了传统两阶段方法与本文提出的联合优化方法在路口全天多时段交通信号控制上的效率与鲁棒性能。相较于两阶段的方案，在全天仿真时段内，本文提出的方案在平均延误和总延误上均降低了 5.2%，延误标准差降低4.0%，最大延误降低9.8%，假设检验显示，在99.5%置信水平下，两种方法具有显著差异。针对不同时段的评估分析表明，高峰时段本文提出方案的平均延误降低了4.9%，延误标准差降低了10.9%。针对供需波动下的“潜在最不利”交通情景，相对于两阶段方案在分段点后的15分钟内最大延误提高了25%-50%，而本文提出的方案仅有17%-25%左右的增加。
作者：	圣皓
专业：	交通信息工程及控制
导师：	夏井新;王树盛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022