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原文传递公交专用道信号优先控制理论研究

论文题名：	公交专用道信号优先控制理论研究
关键词：	公交专用道;信号优先;优先控制系统;单个交叉口;公交优先;优先策略;优化模型;信号协调;交通;相位相序;控制策略;组合优化;运行可靠性;车辆;机动车;公交车;运行状态;原型结构;行人过街;信号控制
摘要：	交通拥挤在全世界范围内日益凸现为亟待缓解的重要问题，优先发展公共交通被认为是缓解交通问题，改善交通状况，提高交通(客流)运输效率，促进交通与城市可持续发展的最主要和最有效的途径之一。在我国及许多国家的大城市，公交(本文特指公共汽、电车交通)系统规模巨大，网络复杂，为数量庞大的出行者提供运输服务，在城市客流运输系统中占据非常重要的地位。在公交系统的总体服务水平和运行可靠性较差，机动化竞争越来越剧烈，公交吸引力较低且改善手段又相对匮乏和落后，而专用道等公交优先基础设施得到大力发展的情况下，公交优先控制理论的研究变得极具现实意义。论文首先提出了公交优先控制系统的原型结构，将信号控制交叉口群，而不是单个交叉口，作为优先控制的对象；提出了离线优先策略与在线优先策略相结合，信号控制与调度策略相协调，协调控制与单点控制互补的优先控制思想，设计了系统运行的逻辑流程。这一原型设计使得优先控制系统不但可以应对公交网络简单、线路发车频率低的情形，还适用于道路网络密集，公交网络复杂且流量大，交通流总体运行可靠性不高，行人过街需求大且频繁的状况。论文随后分离线优先控制策略、在线优先控制策略、信号优先与调度协调策略和信号优先优化软件实现四个主要部分展开深入研究。离线公交优先控制策略中，公交车流和社会车流共同参与优化，首先给出了控制的任务、目标和控制方案的生成逻辑，并主要以四个信号配时参数：信号周期、绿信比、相位差和相位相序的优化模型与计算方法为研究重点。提出了“基本周期”与“在线增量”的信号周期优化模型结构；结合仿真数据给出了模型的基本参数，分析并佐证了“人均延误最小”目标和“缩短周期利于信号优先”等相关研究结论之局限。在交叉口时空资源相互转化关系分析的基础上，将车道功能划分作为变量引入信号配时参数优化过程中，提出了以时空组合优化最优为目标的绿信比优化模型。在相位相序设计中，不再拘泥于单个交叉口和机动车流本身，而是将优化范围扩展到信号协调的相邻交叉口，优化对象扩展到行人相位和机动车相位，进而实现交叉口群内的最优化，并考虑了行人过街这一对公交系统服务水平有重要影响的因素。着重研究了考虑公交优先后，相邻交叉口左转相位协调优化的整数规划模型和行人相位与机动车相位的组合优化模型。建立了公交优先相位差优化模型，并进行了敏感性分析。在研究过程中，对所建立的模型都进行了相应的实证分析，模型的有效性及其相对于传统方法的优越性都得到了证明。在线优先控制策略研究中，首先研究并确定了在线策略的主要任务和目标，给出了在线控制方案生成的逻辑流程。重点研究了有条件公交协调优先控制模型，该模型以协调控制交叉口群为控制对象，基于车辆通过交叉口群的延误预测，以公交车辆运行状态偏移值(含正、负两种情况)最小化为目标，以社会车流运行服务水平(排队和延误)和交通安全等为约束条件，进行交叉口群内各个交叉口优先策略的组合优化。模型包含了降低公交延误和增加公交延误两大类策略，对优先申请生成、优先时间分配、优先策略及其延误计算、交叉口群策略组合优化和多申请排序等关键组成部分进行了详细研究。协调优先控制模型具有为公交车辆提供有条件的优先，处理多申请，协调群内交叉口优先策略，平衡分配群内各交叉口的优先程度并保持社会交通信号协调的能力。为应对由于协调模型中公交车辆在交叉口群延误预测不准的情形，在线优先策略还提出了协调条件下的单点感应优先逻辑模型。该模型的目标与协调策略的目标保持统一，根据车辆在交叉口的实时运行状态进行感应。为避免公交优先对社会车流造成较大影响，公交单点感应优先控制仅采用绿灯延长和红灯早断两种策略。各策略的控制逻辑和主要参数的确定方法都进行了详细的研究。信号优先与调度在本质目标上的同一性和现实的关连性决定二者之间的协调对两种策略的实现具有重要意义。在对二者关系的初步解析的基础上，面向问题，分离线和在线两部分进行了公交信号优先与公交调度策略协调方法的初步探索。以优先控制基本功能和核心模型实现为目标，设计了公交优先控制软件的数据结构和数据流图，并应用Java Eclipse编程实现了软件的基础版本V1.0。论文设计了公交优先系统的原型结构，深入研究了其控制逻辑和优化模型，并进行了软件实现的探索；拓展和丰富了交通控制理论与方法，并为公交优先控制系统的开发奠定了理论基础。受研究时间和优先控制系统本身及其实施的复杂性所限，研究尚有诸多缺陷，特别是未能对研究成果进行应用研究，这是后续研究的重要内容。同时，非专用道条件下优先控制模型及非循环优化等都是后续研究的主要方向。
作者：	马万经
专业：	交通信息工程及控制
导师：	杨晓光
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2007
正文语种：	中文