排队长度约束下的瓶颈交叉口协调控制方法分析

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1、至里耋曼奎耋彗圭要塞耋耋鳘兰耋兰：要1．1研究背景第1章绪论随着经济的高速发展、人口的持续增长以及人民生活水平的逐渐提高，我国的机动车保有量也正以前所未有的速度增加着，根据统计数据显示，截至到2009年底，全国机动车保有量已达18658．07万辆⋯．庞大的机动车数量已经使很多城市的道路以及交通设施难堪重负，对于很多的城市特别是像北京、上海这样的丈城市而言，大面积交通拥堵经常发生”。严重的交通拥堵不仅会加重对环境的污染，aⅡ弱城市的竞争力，还会降低城市的运转效率。1。针对交通拥堵持续时阃越来越长、发生频率越来越高、波及范围越来越广的这种状况，各城市均在不断地加大

2、资金投入，从各方面寻求解决这一问题的方法和途径。造成交通拥堵的原因可能有很多，例如“⋯：交叉口信号配时不台理；交叉口设施不完善、公交车停靠站点不合理、车辆运行秩序混乱；交叉u渠化不合理或自身道路条件的局限性等。其发生时段往往是居民出行的高峰期，发生过程通常是从路网上的某一瓶颈交叉口开始，首先在交通瓶颈处产生过长的车辆捧队，产生小范围的交通拥堵。这种局部的拥堵对于整个路网的交通运行影响不大，但如果不及时采取措施进行控制．当排队车辆不断累积最终上溯到上游交叉口时，便可能阻挡其它方向车流的正常运行，并且逐渐影响到周围相关交叉口．从而引起排队扩散的连锁反应，最终造成大

3、面积的交通捌堵。这种交通拥堵扩散的反应过程与“多米诺”骨牌倒塌时的连锁过程类似，园此也称为城市交通“多米诺”效应．如图1．1所示。，卞：图卜l交通“多米诺”效应西南交通大学硕士研究生学位论文第2页量曼舅曼皇曼鼍曼曼曼鼍置鼍．．=．mm：=I。===nl=。=m==I=m=imm：。=。鼍实际经验表明，一旦出现交通流锁死现象，路网需要相当长的时间才能恢复到正常运行状态，其损失不言而喻。从实质上看，导致“多米诺”现象发生的两个主要原因是道路结构设计以及信号配时的不合理。从理论上讲，可以通过采取一定的交通控制手段如改造不合理的路网结构、改进信号配时方案等来避免这一现

4、象的发生。因为就现有的道路条件限制以及有限的交通控制效果而言，拥堵的发生是交通需求过剩的必然结果，可以允许局部拥堵的出现，甚至可以通过强制性的信号调节使某点的拥堵向上游转移，但一定要预防交通流锁死现象的出现，即要确保交通拥堵的“良性”扩散。本文即针对路网中的瓶颈区域寻求利用信号配时技术对其进行控制，从起始点防止交通拥堵的恶性扩散，就是为了避免交通流锁死现象的出现，保证小范围内的交通拥堵不至于迅速扩散，达到改善交通拥堵的目的。1．2国内外研究现状分析在国外，特别是西方国家，由于经济发展起步较早，二十世纪六十年代交通拥堵问题就已经非常突出。因此国外相关研究开始的也

5、较早，对交通拥堵问题的研究积累了大量研究成果。这些研究成果集中体现于已开发出的交通控制系统和控制策略，其中具有代表性的如TRANSYT、SCOOT等陋‘71。国内对城市交通问题的研究起步较晚，关于交通拥挤时交叉口信号控制问题研究的相对较少，但也积累了一些研究成果。1．2．1国外研究现状国外对于以排队为约束的信号控制的研究成果主要包括以下两个方面的内容：(1)理论研究Longley(1968)将交通拥挤分为两类：第一类是由于信号交叉口自身排队车辆不断累积造成的拥挤；第二类是受其它交叉口排队车辆影响而产生的拥挤。Longley指出当第一类拥挤不可避免时，交通控制的

6、目标应该是避免或推迟第二类拥挤的发生，他提出根据交叉口进口道排队强度来进行绿信比优化碑1。Gordon(1969)认为交叉口信号控制的优化目标应该是各个相位的排队长度阳1。Michalopoulos和Stepb,anopoolos(1977)将冲击波分析应用于信号交叉口，针对单个交叉口和交叉口群分别研究了具有排队长度约束的过饱和信号系统，特别关注了排队的动态变化和信号控制的效果n们。Michalopoulos和Stephanopoulos(1978)在考虑排队约束的条件下提出了最小化过西南交通大学硕士研究生学位论文第3页饱和交叉口延误的控制策略，建立了一个两相

7、位配时模型，称为“bang--bang”模型。其基本思想是先让到达率较大相位运行最大绿灯时间，到达率小的相位运行最小绿灯时间，然后寻找一个合适的转换点，使到达率大的相位运行最小绿灯时间而到达率小的相位运行最大绿灯时间⋯。。Rathi(1988)提出了一种在主路采用同步控制，其它相交道路采用被动相位差来进行排队控制的方法n2

8、。Rathi(1991)将控制策略分为内部控制和外部控制。内部控制包括单个关键交叉口控制、拥挤干线的控制和防止“多米诺’’效应的网络控制；外部控制是指控制流入拥挤子区的交通流量，从整体上提高拥挤子区的交通质量n31。Rouphail和Akc

9、elik(1991)提出了一种针对两近