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面向非均衡交通流的城市交通灯自适应配时算法研究

面向非均衡交通流的城市交通灯自适应配时算法研究

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作者：房雅济南大学

学位级别：硕士

随着社会和经济的发展,人们的生活和消费水平日益提高,车辆保有量不可避免地急剧增加,导致城市交通拥堵问题越来越严重,已经成为社会热议的民生问题。扩建道路虽然是疏通交通流、缓解交通拥堵最直接、最有效的方法,然而受到地域限制极... 详细信息

随着社会和经济的发展,人们的生活和消费水平日益提高,车辆保有量不可避免地急剧增加,导致城市交通拥堵问题越来越严重,已经成为社会热议的民生问题。扩建道路虽然是疏通交通流、缓解交通拥堵最直接、最有效的方法,然而受到地域限制极大。幸运地是,随着信息技术的不断发展和创新,交通信号灯控制已经成为解决交通拥堵问题的有效工具。然而,城市路网不断扩张导致城市交通系统时变性、复杂性、不确定性等特性日益突出,传统信号灯控制策略已经无法满足缓解交通拥堵的需求。本文以非均衡交通流影响下交叉口不同相位作为控制对象,将交通流预测融入到交通信号自适应控制策略中,根据预测交通流状况以及实时道路拥堵压力,以减少车辆排队长度、延误时间为目的,分别设计了离线自适应配时策略和在线、离线相结合的自适应配时策略,对信号周期时长和各相位绿灯时长进行了设计和优化。主要研究内容如下:（1）面向交叉口不同相位,提出了基于柔性神经树模型的相位交通流预测算法,为交通信号灯配时策略设计提供信息支撑。考虑节假日、天气等影响交通流的多种因素,采用语法引导的遗传编程和粒子群优化算法,设计了柔性神经树的结构和参数,对下一时间段的交通流进行预测。实验结果表明,相较于使用自回归滑动平均模型和神经网络等方法,使用柔性神经树预测得到的数据更接近真实值,相较于传统神经网络,均方根误差值减少了17.42%。（2）基于预测交通流信息及交通流非均衡特性,提出了交叉口红绿灯时长离线自适应配时策略,可为实时交通流检测能力欠缺的交叉口提供信号灯时长调控提供策略支撑。首先,基于交通流预测信息以及相位所对应的道路承载能力,提出了单信号周期时长的全局调整策略,获取与道路预测负载情况相匹配的信号周期时长;之后,针对交通流非均衡特性,将信号灯不同相位红绿灯配时问题抽象为有限资源弹性优化调度问题,求得的解析解作为信号灯配时策略,其中将通过柔性神经树预测得到的预测交通流信息作为权重参数;最后,在VISSIM 4.3环境中搭建仿真场景进行仿真实验,仿真结果表明,在非均衡交通流状况下,相比于平均配时和使用最普遍的Webster配时法,离线配时策略有效降低了车辆的延误时间、排队长度和停车率,其中,平均排队长度减少了37.11%,平均延误时间减少了38.91%,平均停车次数减少了10.54%。（3）将动态交通流系统数学模型与相位拥堵压力评测融合,提出了一种在线、离线融合的交叉口红绿灯时长自适应配时策略,实现交叉口信号时长的精细化调度和管理。首先,建立交叉口动态交通流系统数学模型,描述了交叉口不同相位交通流量与相邻交叉口交通流量之间的关联关系;依据交叉口动态交通流系统输出以及预测交通流信息,对不同相位所对应道路的拥堵压力进行评测,并以此为依据,对交叉口红绿灯时长离线自适应配时策略所确定的信号时长进行微调,获得在线、离线混合的红绿灯时长自适应配时算法;使用SUMO仿真软件搭建仿真平台并进行仿真实验,仿真结果表明,在非均衡交通流状况下,相比于使用最普遍的Webster配时法,在线、离线混合的配时策略有效降低了车辆的延误时间和排队长度,其中,平均排队长度减少了66.11%,延误时间减少了58.81%。

关键词：交通信号灯调度交通流预测柔性神经树资源优化调度非均衡交通流

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共享转换车道设置条件及控制方法研究

共享转换车道设置条件及控制方法研究

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作者：王坤坤重庆交通大学

学位级别：硕士

在新时代经济社会发展的背景下,我国城市道路交通形势变的尤为复杂,交通拥堵急剧加重,交叉口非均衡交通流现象逐渐增加。由非均衡交通流现象造成的交通拥堵使交叉口的时空资源产生了极大的浪费,为了避免交叉口处时空资源浪费,进一步提... 详细信息

在新时代经济社会发展的背景下,我国城市道路交通形势变的尤为复杂,交通拥堵急剧加重,交叉口非均衡交通流现象逐渐增加。由非均衡交通流现象造成的交通拥堵使交叉口的时空资源产生了极大的浪费,为了避免交叉口处时空资源浪费,进一步提高交叉口通行能力,降低交叉口通行延误,国内外学者提出了非常规的交叉口控制方式。针对交叉口非均衡交通流问题,目前新生的方法是在交叉口设置共享转换车道,在我国已有实际运用。但共享转换车道的设计与控制还处于初始阶段,缺乏统一设计标准,动态控制研究较少,实际应用存在较多问题。因此,本文将对共享转换车道的设置与控制方式进行优化研究,从而提高非均衡交通流下交叉口的通行效率。主要研究过程与结论如下:（1）研究了交叉口处非均衡交通流的时间特性、空间特性以及拥堵特性,通过非均衡系数反映交通流不均衡程度,提出了非均衡交通流现象下设置共享转换车道的研究意义,为共享转换车道的研究奠定了理论基础。（2）研究了共享转换车道设置形式、设置条件、设置方式以及交通设施设置,解决了共享转换车道设置前的适用性问题,提出了共享转换车道的车道数、车道长度、车道宽度、换道段长度以及交通设施设置方法,并对共享转换车道设置后会产生的影响进行了分析,包括安全影响、交通流影响以及相邻交叉口的影响。（3）研究了共享转换车道的自适应转换控制系统,建立了考虑安全因素的诱导信号灯控制系统、多级阈值的车道功能转换系统以及多目标信号配时优化控制系统,提出了诱导信号时长的计算方法和车道功能转换逻辑,构建了基于Ring-Barrie相位的以交叉口延误最小、通行能力最大的信号配时优化模型,并通过粒子群优化算法（PSO）求解模型。（4）以实例交叉口建立共享转换车道VISSIM仿真平台,通过粒子群算法程序分别对基于Ring-Barrie相位时设置同向和逆向共享转换车道的多目标配时模型进行求解,将结果输入仿真平台并输出平均排队长度、车均延误、停车延误和行程时间指标并与现状Webster配时方法对比,验证了模型的有效性,得出在实例交叉口左转交通流不均衡时,设置逆向共享转换车道的效果更好,相对现状评价指标降低率分别为63.23%、60.55%、36.01%、63.97%,降低程度相对较大。

关键词：信号交叉口非均衡交通流共享转换车道自适应控制粒子群算法

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