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原文传递基于多目标规划的城市道路交叉口信号配时研究

论文题名：	基于多目标规划的城市道路交叉口信号配时研究
关键词：	城市交通;多目标规划;通行能力;信号配时;交叉口信号
摘要：	随着城市地区私人小汽车保有量的迅速增加，道路交通拥堵日益严重，并受到广泛关注。作为城市道路的重要组成部分，交叉口通常也是整个城市道路交通系统的瓶颈点。提高交叉口运行效率的方法很多，其中，改善交叉口信号配时是最直接有效的方法之一。因此，研究城市道路交叉口信号配时方法具有重要的理论价值和实际意义。　　本文以城市道路交叉口信号配时为研究对象，选择延误、停车次数、通行能力作为衡量配时方案的指标。建立了多目标信号配时模型，采用模糊折中思想将其转化为单目标函数，用动态加速常数协同惯性权重粒子群优化算法(WCPSO)进行求解，进而得到改善后的配时方案。　　在既有研究成果基础上，论文主要进行了如下工作：　　 1．回顾了城市道路交叉口信号发展历史，介绍了信号控制的基本概念，对易引起混淆的信号相位和信号阶段这两个概念通过示例中的信号配时图进行说明。　　 2．选择延误、停车次数、通行能力作为交叉口信号控制的优化目标，对比分析了过渡函数理论和HCM2000中采用的两种延误计算方法：前者以相位的延误作为总延误的基本组成部分，而后者采用的是车道组的延误；同时，二者对正常延误和随机延误的计算方法也不相同。　　本文还对比分析了韦伯斯特理论、HCM2000、《城市道路设计规范》方法、停车线法、冲突点法等计算通行能力的方法：其中韦伯斯特理论以相位的通行能力作为总通行能力的基本组成部分；HCM2000则采用的是车道组的通行能力；《城市道路设计规范》方法、停车线法、冲突点法都是以车道的通行能力作为总通行能力的基本组成部分。但是这些计算通行能力的方法的核心思想均是饱和流量与绿信比的乘积。　　 3．分析了国内外两种典型的既有多目标规划信号配时模型方法的不足之处，鉴于模糊折中规划的多目标规划方法的优点，提出了基于模糊折中规划的多目标规划信号配时模型。采用模糊折中规划的多目标规划方法将交叉口的总延误、总停车次数、总通行能力这三个目标函数转化为一个单目标函数，其可使三者无量纲化，取值均在(0，1)之间。同时使用模糊偏好方法，以定量计算为主，定性分析为辅，确定了三者的隶属度函数在单目标函数中的权重，其在一定程度上避免了主观因素的影响。将改进的粒子群算法和信号配时模型相结合，设计了求解步骤，并采用动态加速常数协同惯性权重粒子群优化算法(WCPSO)(最大迭代次数、粒子数目分别取500、20)对单目标函数进行求解。　　 4．通过调研获得了交叉口的基础数据并分析其存在的问题，将模型应用于交叉口的信号配时中．采用WCPSO(最大迭代次数、粒子数目分别取500、20)对单目标函数进行求解，分别得到了单目标函数在p=1、p=2、p=+∞时三种情况下的各相位的有效绿灯时间，进而得到交叉口总相位及分相位的延误、停车次数、通行能力。经过分析比较，选择p=+∞时的方案作为改善后的方案，改善前后周期分别为189s和150s，有效绿灯时间分别为173s和134s。并与之前配时方案进行对比：交叉口总延误、总停车次数、总通行能力，分别降低了35.8％、19.4％、2.4％，相位的平均车辆延误时间分别降低了20.0％、15.3％、18.6％、24.1％，而停车次数和通行能力依相位不同亦有不同程度的改善。　　 5．研究了交叉口信号配时方案对燃油消耗以及尾气排放的影响。采用Synchro6.0软件对交叉口改善前后的情况进行仿真计算，选取四个相位的燃油消耗量、CO排放量、NOx排放量、VOC排放量进行对比分析：燃油消耗分别降低了10.11％，3.92％，2.15％，16.95％；CO排放量分别降低了10.85％，2.35％，3.01％，16.93％；NOx排放量分别降低了10.90％、2.20％、2.98％、16.98％:VOC排放量分别降低了10.97％、2.30％、2.99％、17.06％。
作者：	刘金明
专业：	环境工程
导师：	石定寰;毛保华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文