探索城市交通网络动态交通流模型和交通信号智能控制研究

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1、中南大学博士学位论文城市交通网络动态交通流模型和交通信号智能控制研究姓名：李艳申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：樊晓平20051101中南大学博士学位论文摘要摘要城市交通信号控制是智能交通系统(rrs)的重要组成部分。城市交通信号控制是通过实时自适应控制交通信号，对交通流进行调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于更好地利用现有的交通能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。然而现有的交通控制系统并不能有效地实现上述目标，对交通高峰时段造成的交通拥堵以及瓶颈路段，仍然需要人工干预；交通信息管理系统的落后经常造成交通管理滞后，带来更多

2、的车辆延误和燃料消耗。本文首先从城市交通流动态模型着手，深入分析宏观交通流理论与微观跟驰理论的各自特点和相互关系。宏观交通流模型CTM采用宏观交通流的参数平均值来描述动态的车辆运行特性，因而只能起到描述交通网络中宏观交通流的作用，而对于某一时刻特定路口的交通流动态特性则无能为力。针对这一缺点，本文利用交通波理论并结合车辆微观跟驰理论，对已有交通流模型CTM进行改进，使之适应城市交通流动态特性，并将其改进模型ICTM应用于城市交通信号控制中，对路口信号控制下的交通流数据进行动态更新。并为论文后续信号控制方法研究和交通网络信号控制奠定基础。在应用动态交通流模型对孤立交叉路口建模的基础

3、上，采用遗传算法的寻优能力对模糊信号控制器的规则进行优化，并应用于路口信号控制，仿真结果表明基于遗传算法进行规则优化的模糊信号控制器，提高了系统的控制性能指标。为改善模糊控制器的系统性能，设计了具有控制功能和学习能力的自适应模糊控制器。利用模糊闭环关系矩阵，分析模糊系统的稳定条件，证明本文提出的自适应模糊信号控制器在孤立路口信号控制中是稳定的。同时在仿真结果分析中显示出控制器的规则自调整能力。与感应控制的信号配时结果进行比较，白适应模糊控制器明显地减少了系统车辆延误时间，中南大学搏士学位论文摘要显著巍高了系统牲麓指标。进一步将ICTM模型和自适威模糊控制器应用到多交通路口信号控制

4、中。分析了城市交通区域中相邻信号路豳之闻车流量的相互关系，利用权系数控制器分析其棚关因子，在上述自适应模糊信号控制器的基础上，设计基于多交通路口的信号控制器。根据多路口动态交通流模型，对所提出鲍多交通路隧的皇遗应模凝痿号控制器进行仿真磅究。最后将城市多路口交通信号控制的结果扩展到区域交通信号协调控制，针对长沙市一个具俸黪羰市交逶霹终，分褥其交瀵特点，将其划分戈交通区域。利用区域协调的思想，对区域交通流进行安时信号控制，并通过区域之闻盼信号穰互协谲，达掰整个交通区域的交邋流平衡分配。仿真结果对子区域中各路口车流量的相互协调过程进行了数据分析，表明了本文所提出的交通流动态模型和信号控

5、箭方法在区域交通控制中的有效性。关键谰城市交逶信号控制，动态交通巍i模型，自适鹰摸凝控制，医域协调控制中南大学博士学位论文摘要ABSTRACTUrbanTrafficControl(UTC)isanimportantpartofITS(IntelligentTransportationSystem)，whichadjuststhetrafficflow,warllsthedrivers，andinducesthevehiclestoimprovethesecuritytransportofhumanandfreight．ThepurposeofUTCliesintakingful

6、ladvantageoftheexistingtransportcapabflit弘andimprovingthesecurity,velocityandcomfortofwaffleflow．Whilethecurrenttrafficcontrolsystemscannotrealizetheabovefunctionsefficiently．Evenincitieswithadvancedtrafficmanagementsystems，itisnotuncommontointervenemanuallyinthetimeplans，especiallyduringpeak

7、hours．Alsothelaggardtransportinformationmanagementsystemsoftenlagthetrafficcontrol，producemorevehicledelaysandfuelconsumptions．Thisresearchfirstlystartsfromthedynamicmodeloftrafficflow,andanalyzesthecorrelationsbetweenthemacroscopictrafficflo