基于多目标规划的城市道路交叉口信号配时研究

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2、p／，l硕士学位论文基于多目标规划的城市道路交叉口信号配时研究备OnSignalTimingoftheUrbanRoadIntersectionsBasedonMulti—-objectiveProgramming作者：刘金明导师：石定寰教授毛保华教授北京交通大学2011年6月大并家}}}llIr∥l中图分类号：U491UDC：学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于多目标规划的城市道路交叉口信号配时研究OnSignalTimingoftheUrbanRoadIntersectionsBasedo

3、nMulti—objectiveProgramming作者姓名：刘金明导师姓名：石定寰毛保华学位类别：工学学科专业：环境工程学号：09121479职称：教授职称：教授学位级别：硕士研究方向：交通环境北京交通大学2011年6月致谢值此本论文完成之际，我首先发自内心的感谢我的导师石定寰教授和毛保华教授。二位导师为我指明了正确的研究方向，提供了正确的研究方法．他们严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。研究生期间，与师门兄弟姐妹们在一起参加科研项目的日子令我难忘。感谢博士生梁肖和冯旭杰对我论文思路的指导。同时还要感

4、谢高利平师兄、杨远舟师兄、钱垄师姐在平常的学习活动中曾经给予过我的帮助。-．感谢我的同级的兄弟姐妹们：陈涛、郭彦东、秦瑶靖、许奇、蒋文、冯佳、李妙君、廖唱、郭彦云、吴燕伶、杨亦慧。正是他们的陪伴，使我的研究生生活丰富多彩，也感谢陆宽同学、蒋洋同学在论文写作过程中给予的帮助。在写作过程中得到了北京交通大学城市轨道交通系所有老师和同学的指导和帮助，在此表示衷心的感谢!本文的研究是在“城市交通复杂系统理论与技术一教育部重点实验室完成的，研究工作得到了国家基础研究计划项目“典型大城市交通疏堵问题的综合实证研究(2006CB7055

5、00)"及国家自然科学基金重点项目“城市交通网络优化与管理的若干基础问题研究"(70631001)的资助。此外，本文的如期完成离不开学校、家人的支持，在此一并表示深深的感谢!最后感谢忙中抽空审阅本文的所有老师!北京交通大学硕士学位论文中文摘要随着城市地区私人小汽车保有量的迅速增加，道路交通拥堵日益严重，并受到广泛关注。作为城市道路的重要组成部分，交叉口通常也是整个城市道路交通系统的瓶颈点。提高交叉口运行效率的方法很多，其中，改善交叉口信号配时是最直接有效的方法之一。因此，研究城市道路交叉口信号配时方法具有重要的理论价值和实

6、际意义i本文以城市道路交叉口信号配时为研究对象，选择延误、停车次数、通行能力作为衡量配时方案的指标。建立了多目标信号配时模型，采用模糊折中思想将其转化为单目标函数，用动态加速常数协同惯性权重粒子群优化算法(WCPSO)进行求解，进而得到改善后的配时方案。在既有研究成果基础上，论文主要进行了如下工作：1．回顾了城市道路交叉口信号发展历史，介绍了信号控制的基本概念，对易引起混淆的信号相位和信号阶段这两个概念通过示例中的信号配时图进行说明。2．选择延误、停车次数、通行能力作为交叉口信号控制的优化目标，对比分析了过渡函数理论和HC

7、M2000中采用的两种延误计算方法：前者以相位的延误作为总延误的基本组成部分，而后者采用的是车道组的延误；同时，二者对正常延误和随机延误的计算方法也不相同。本文还对比分析了韦伯斯特理论、HCM2000、《城市道路设计规范》方法、停车线法、冲突点法等计算通行能力的方法：其中韦伯斯特理论以相位的通行能力作为总通行能力的基本组成部分；HCM2000则采用的是车道组的通行能力；《城市道路设计规范》方法、停车线法、冲突点法都是以车道的通行能力作为总通行能力的基本组成部分。但是这些计算通行能力的方法的核心思想均是饱和流量与绿信比的乘积

8、。3．分析了国内外两种典型的既有多目标规划信号配时模型方法的不足之处，鉴于模糊折中规划的多目标规划方法的优点，提出了基于模糊折中规划的多目标规划信号配时模型。采用模糊折中规划的多目标规划方法将交叉口的总延误、总停车次数、总通行能力这三个目标函数转化为一个单目标函数，其可使三者无量纲化，取值均在(0，1)之间。同时使用模糊偏好方法，以定量计算为主，定性分析为辅，确定了三者的隶属度函数在单目标函数中的权重，其在一定程度上避免了主观因素的影响。将改进的粒子群算法和信号配时模型相结合，设计了求解步骤，并采用动态加速常数协同惯性权重

9、粒子群优化算法(wcPso)(最大迭代次数、粒子数目分别取500、20)对单目标函数进行求解。北京交通大学硕士学位论文中文摘要4．通过调研获得了交叉口的基础数据并分析其存在的问题，将模型应用于交叉口的信号配时中．采用WO'SO(最大迭代次数、粒子数目分别取500、20)对单目标函数进行求解，分别得到了单