过饱和状态下交叉路口的信号控制方法研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870318-SX149学科分类号：081102硕士学位论文过饱和状态下交叉路口的信号控制方法研究研究生姓名徐后椽学科、专业控制理论与控制工程研究方向故障诊断与容错控制指导教师陈复扬教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonSignalControlMethodforIntersectionsund

2、ertheOversaturatedStateAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyHouchuanXuAdvisedbyProf.FuyangChenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着社会的进步和生活质量的提升，人们的机动车拥有率在慢慢增高。由于道路建设速度较为迟缓，导致道路的拥堵状况越来越严重，交通饱和度较大并持续维持，难以出现减缓的趋势，交通压力日渐剧增。如何有效地对过饱和下的城市交叉路口实施信号控制以提高道路交通效率已成为社会的重点需求。本文针对道

4、路拥堵现状，考虑到现有定性化评估交通状态研究的不足，从交通现象分析入手，对道路的交通状态进行定量评估分析。随后结合评估结果，逐步以过饱和单交叉口、干道和交叉口群为控制对象，针对传统模型对道路控制效果欠佳的问题，设计了改进控制模型并进行相应的信号控制方法研究。详细内容如下：针对定性化评估过饱和状态的不准确性，提出了一个基于滞留车辆的评估策略以定量估计道路实际状态。基于过饱和状态分析，道路存在延误时间增多、滞留排队形成以及绿灯时间利用率的提升等交通现象。考虑过饱和下易出现车辆排队特征，本章设计了基于滞留排队的过饱和评估方法。为了定量化判断道路交通状态

5、，引入过饱和严重性指标，结合评估方法推导得到指标估计式，实现道路过饱和程度的定量评估。考虑常见单目标控制难以有效提高道路的运行效率，设计了基于多目标优化的过饱和单交叉口的信号控制方法。结合多目标控制，选取延误时间、排队长度和通行能力作为效率评价指标，利用随交通流量比变化的权重，得到单交叉口的综合多目标控制模型。针对遗传算法操作的随机选择可能导致结果非最优的问题，设计双层循环选择，提升了算法寻优求解的准确度。通过仿真分析，结合固定配时、原遗传算法和改进算法控制下的配时效果对比，验证本章设计的信号控制方法的有效性。考虑传统干道协调控制存在抗干扰较弱的

6、问题，本文设计了自适应调参法，以进行过饱和干道信号控制的研究。干道建模中，考虑到现有模型在设计相邻交叉口相位差时，存在忽略滞留车辆消散时间的问题，本文提出了一种滞留车辆的推算模型求解消散时间，获得带有改进相位差的双向干道控制模型。为了在交通扰动下实现滞留车辆的消散，创新地设计自适应调参法，对干道交叉口的各个相位的绿灯时间进行自动调配，实现双向干道的相位相序的实时优化。利用交通软件VISSIM对实际干道进行仿真实验，证明所提干道模型和信号控制方法的有效性。为了缓解城市路网的整体控制效果不佳的问题，设计了改进路径关联度模型对交叉口群进行区域划分，针对

7、各个子区进行信号控制方法研究。在传统Whitson模型的基础上，增加滞留排队车辆及相位相序设计的影响因素，提出了改进路径关联度模型，随后结合聚类理论和关联度结果，划分整个交叉口群。在配时过程中，选取通行能力和滞留排队占比率作为控制目标，I过饱和状态下交叉路口的信号控制方法研究利用NSGA-Ⅱ算法对各个子区交叉口群进行协调控制。通过仿真分析，对比未进行子区划分、传统模型和改进关联度模型下的交叉口群控制效果，验证所提信号控制方法的有效性。论文利用过饱和状态评估方法判断道路系统状态，根据从点至面的方法延伸，分别对单交叉口、干道和交叉口群进行信号控制，实

8、现道路交叉口的拥堵缓解。同时仿真中均选用实际交叉口系统作为实验模型，提升了论文所设计控制方法的有效性和应用价值。关键词：交通拥堵，过饱和