基于状态可控性分析的交叉口信号切换控制研究

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1、硕士研究生学位论文基于状态可控性分析的交叉口信号切换控制研究学生姓名张立立学科、专业控制科学与工程研究方向智能交通信号控制师王力副教授校外导师北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留和使

2、用学位论文的规定，卩：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。口保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。口非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：日期：上导师签名：一日期：北方工业大

3、学硕士学位论文摘要随着城市区域面积的持续扩大，人们对出行需求的不断提高，致使汽车保有量持续增加。这不但给人们的出行带来影响，导致交通拥堵现象的发生越发频繁，同时带来了更加严重的交通污染问题。反映在城市道路网路中的最直接现象就是过饱和交通流的频发，同时也预示着不同交通状态变迁将成为城市交通常态。城市交通控制策略的实施是以交通状态为基础的，因此交通状态的判别对城市交通控制策略是否有效至关重要。然而，城市道路交通所特有的波动性，不但增加了交通状态判别的难度，同时也成为不同交通状态下交通信号控制策略研究的重点。本文从交通状态判别入

4、手，研宄交通信号控制问题，提出了一种基于状态可控性判别的交叉口切换控制方法：首先，建立了典型两相位控制交叉口模型，重点分析了相位流量和其所获绿信比之间的关系，提出了采用流量—绿信比关系图和排队—时间图进行交通状态判别的方法。在此基础上对多相位控制交叉口进行了详细分析，提出了基于综合投影的交通状态判别方法，进而通过维度确定及分解、投影及反投影将多相位控制交叉口的流量与绿信比关系转化到三维坐标系，实现对交通状态区域的划定和状态的判别；其次，考虑过饱和状态下交叉口可控性的问题，通过分析通行能力和剩余排队之间的关系，引入通过率和阻

5、塞率，其综合作用结果显示出交叉口在过饱和状态下随着时间变化的一种控制状态。因此采用该参数对交叉口可控性进行说明，并通过交通波理论对可控性进行了详细分析；最后，考虑到交通状态变换对交叉口控制策略选取的影响，同时结合交叉口可控性问题，提出了以控制状态为条件，建立交叉口的切换控制模型，并给出切换控制规则。在此规则下，针对“可控状态”设计了带有最大时间约束的交叉口固定相序排队清空策略，针对“不可控状态”设计了以交叉口各相位总排队最小为目标函数的遗传算法优化策略。通过实例仿真验证，结果表明采用本文提出的方法具有一定的可行性和有效性。

6、关键词：综合投影，交通状态判别，可控性，切换控制北方工业大学硕上学位论义北方工业大学硕士学位论文，：、、、北方工业大学硕士学位论文目录课题研宄背景及意义国内外研宄现状过饱和交通状态判别研究过饱和交通信号控制研宄交通信号切换控制研究研究内容及论文安排研究内容研宄标论文组织结构论文组织结构论文具体内容第二章基于综合投影的多相位交叉口交通状态判别弓交通及控制参数符号交通参数符号信号控制参数符号基于综合投影的多相位交叉口交通状态判别流量一绿信比三维关系两相位控制交叉口交通状态分析多相位控制交叉口维度确定多维关系分解及投影多相位控制

7、交叉口交通状态判别实例小结第三章交叉口可控性分析弓丨言交叉口可控性分析通过率与阻塞率基于交通波理论的剩余排队的分析北方工业大学硕士学位论文交叉口可控性細小结第四章基于状态可控性分析的交叉口切换控制弓丨交叉口切换控制描述切换控制过程描述切换控制规则描述交叉口控制策略“可控状态”下交叉口控制策略不可控状态下交叉口控制策略实例验证切换控制实例验证仿真验证第五章总结与展望总结展望录申请学位期间的研宄成果及发表的学术论文北方工业大学硕士学位论文第一章绪论课题研究背景及意义随着我国城市化进程的加快，机动车保有量呈现持续增加的态势，其带

8、来的最直接的影响是城市道路交通拥堵频发，并且该趋势正在从一线城市向二三线城市蔓延。交通拥堵频发的直接影响是车辆运输效率下降，城市居民正常出行受阻和经济发展受到制约。同时，伴随而来的交通事故、环境污染及能源短缺更进一步制约了城市的发展。年下半年高德地图发布年第三季度中国主要城市交通分析报告》⑴中显示，北京