探析面向事件的城市道路信号控制理论与方法研究

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1、同济大学交通运输工程学院博士学位论文面向事件的城市道路信号控制理论与方法研究姓名：吴震申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：杨晓光20080301摘要城市交通阻塞问题已成为城市化发展过程中最为突出的问题之一，交通阻塞不仅带来了时间、经济、燃料的损失，还污染了环境，并给城市牛活带来了巨大的心理压力。交通事件在城市道路交通中时常发生，如车辆碰撞、车辆抛锚、危险物品泄漏、路面维护等等，事件性交通阻塞已成为交通阻塞的重要组成部分，每年都造成巨大的经济耗费。事件发生以后，如果交通控制系统缺乏对应策略来响应事件的发生，就容易造成交通事件影响的肆意蔓延，

2、形成超常排队，最终引发溢流和路网的死锁。本文从阻塞的形成与演变规律、应用于控制的交通状态信息估计与预测，控制模型、算法和控制策略等几个方面进行面向事件的信号控制理论和方法的研究。针对事件性交通阻塞现象，本文运用交通波及激波理论，深入分析了信号交叉口运行的多种状态：非阻塞运行状态、轻度阻塞运行状态和重度阻塞运行状态，并构建了信号交叉口的阻塞传播与阻塞消散特性模型，以及事件发生情况下事件点(段)阻塞演变模型。通过对交叉口重度阻塞运行状态分析，求得进口道排队系统中“可压缩段”向排队尾部的移动规律。根据交叉口之间的流量与信号控制的关系，分析了上游交叉口与下游交叉

3、口之间及事件点(段)与交叉口之间阻塞演变影响，阐述了阻塞演变与交通控制策略的紧密关系。交通控制自身的时滞特性需要由交通状态信息预测予以弥补，从而实现控制的实时性。面向事件的动态交通控制策略以交通状态信息为基础，准确地获取控制策略所需的状态信息能够提高在线控制效益。本文尝试剖析交通控制的实质，分析交通状态信息与交通控制的关系，总结了事件发生条件下的交通状态信息体系、特征及相互之间的关系。在交通事件发生的情况下，实时准确地跟踪实际转向比例和转向流量有利于实施灵活的控制策略，响应交通事件的发生。本文分别在粗粒度、细粒度条件下，构建了交叉口转向比例与转向流量的实

4、时估计模型，实现了对应的实时估计算法。在模型的构建中，针对中国典型特征的交叉口模式，分别构建了相位相序、出口道控制流、车流相位差、车队离散以及车流的延误、排队长度、停车次数等的计算模型。在交叉口基本运行指标的构建中以车流为基本计算单位，区别考虑含事件车流与不含事件车流；构建了以各时段、各类路段、各类车流的加权延误总和最小为目标函数，考虑了过饱和情况下的车流溢流约束的控制算法，并以实数编码的遗传算法(RGA)为丰的组合算法对各控制算法进行实现。由于交通事件发生和处理的过程是一个变化的过程，本文考虑了交通事件管理其他措施与控制的关联性，对控制参数进行了多阶段

5、的优化，采用多阶段准动态化优化来响应实际通行条件的变化。本文结合交通事件发牛的特殊条件与一般控制条件，考虑控制参数的优化功能和控制方案的评价功能，对面向事件的交通控制模块进行研究，形成了控制模型和算法。通过含有六个交义口的路网进行验证和分析，采用的评价指标(MOE)为整个路网的总延误，结果表明本文采用的方法对于事件性阻塞具有较好改善效果。结合动态控制自身特性与面向事件的控制要求，本文提出了基于规则和优化的混合动态控制框架和流程。面向事件的动态控制流程包含了事件阶段的整体控制优化和阶段内的调整控制优化。在事件发生的各阶段以预案控制库方式采用经过整体优化的初

6、值；而在各阶段过程内，则使用滑动时间窗策略的CTM(CellTransmissionModel)模型进行微量调整优化。本文的研究成果是城市交通控制系统理论的组成部分，同时也期待能为开发新一代的交通事件管理系统提供理论基础和技术支持。关键词：交通事件，事件性阻塞，阻塞演变，交通状态估计，交通控制模型，遗传算法，交通控制结构ABSTRACTUrbantraffiCcongestionhasbecomeoneofthemostprominentquestionsintheurbanizationprocess，whichnotonlyhasbroughttim

7、e，money,andfuelloss，andhaspollutedtheenvironment，butalsohasbroughthugementalpressuretourbanlive·Tra伍ciIlcidents．suchasvehiclecollision，vehiclemalfunction，dangerousgoodlcaking。roadmaintenance，andSOon，oftenoccurintheurbantransportationsystem．Incident-inducedcongestionhasbecomeabigp

8、artoftheurbanwafflecongestionandleadtOhu