基于用户平衡的城市交通区域信号控制方法研究

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1、硕士学位论文基于用户平衡的城市交通区域信号控制方专业名称：交通信息工程及控制研究生姓名:田浩洋导师姓名：郭建华教授东南大学交通学院二零一六年三月摘要第一章绪论1.1研究背景及意义l.l.l研究背景进入二十世纪以來，我国各大屮城市随着经济的提高和城市化进程速度的加快，小汽车作为居民出行的重要交通工具逐渐进入到家庭，汽车保有量急剧上升，交通出行的需求急剧扩张。我国近年来城市化进程加剧，机动车拥有量增长较快，根据公安部交管局发布的数据，截至2014年11月27口，全国民用机动车保有量达2.64亿辆，其屮汽车1・54亿辆，汽车数量居世界第二位。机动车年增量超过千万，35个城市汽车超过百万。近

2、十年，机动车年均增量超过1500万辆，11个省份机动车保有量超过1000万辆。汽车保有量达1.54亿辆，占机动车比例从十年前的33.3%提高到58.5%,群众机动化出行方式经历了从小型化到大型化、从摩托车到汽车的转变，交通出行结构发生了根本性变化。北京、成都、深圳等10个城市汽车超过200万辆。尽管伴随我国城市交通建设的快速发展过程中，许多大中城市都已建立了初具规模的道路交通网络及配套的交通基础设施，但是急剧增长的城市居民出行需求远远超过城市道路有限时空容量的适应能力。城市道路、交通等的基础设施建设无法满足交通需求的扩张这一缺陷的逐渐暴露，使得城市交通拥堵、交通事故、坏境污染和能源短

3、缺等交通相关问题越发明显。其中，在这些交通问题中，以交通拥堵问题最为严重，已经成为非常突出的难题，成为城市可持续发展的主要瓶颈。为缓解上述交通拥堵问题，国内外先行城市的经验表明，常采用的对策可以分为三类。其一是加强道路建设，提高交通路网的容量；其二是实施交通需求管理，使交通需求在时间、空间上分布均衡，使交通结构合理化；其三，加强交通系统管理，充分发挥现有道路设施的作用，使路网通行效率最大化。由于基础设施建设不仅需要大量资金，而且建设工期长，甚至可能刺激交通需求,迫使供需矛盾加剧，再加上城市可用空间有限，通过修建道路改善城市交通状况的对策已不适用于国内各大中城市；而交通需求管理是从出行

4、产生、出行分布、出行方式的选择、时间和空间路线的选择等方面影响城市交通流的分布，引导用户出行，这种对策是从宏观上来对城市交通供需平衡矛盾的缓和，只能满足城市路网的基本静态需求；信号控制系统作为交通系统管理的一种重要手段，可以与车辆检测器结合起来，实现路网信号的自适应控制，能够及时响应用户的实时性需求，通过对交叉口信号配时参数的调整,使得路网交通状态趋于用户平衡，缓解交通拥堵现象，提高路网运行效率。近年来，信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等科技手段在交通运输、服务控制和车辆制造等方面的应用创新，也为信号控制系统的智能化管理及服

5、务提供了良好的研究及应用基础。1.1.2研究意义近年来，汽车工业的迅速发展推动着经济迅猛发展的同时，也影响着人类的生活及生存环境。只有利用高效的管理手段、发达的信息技术，提升现有交通基础设施的利用率和负荷，加强交通系统的管理，加强对城市道路网的智能管理与优化控制，才能更好地满足人们岀行的需求，才能缓解道路交通拥挤状况，降低交通事故发生率，减少交通污染排放，节约能源。调查统计发现，位于城市道路网的各平面交叉口是造成车流中断、事故增多、延误严重的主要根源，是城市交通运输的瓶颈，其通行能力通常远低于路段的通行能力。因此如何保障平面交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行效率是解决城市交通问题

6、的关键所在。实践证明，采用合理的信号方案对城市道路交叉口进行交通流的控制管理,能够减少城市交通堵塞和交通事故的发牛，改善交通运行状况，减少道路使用者的行程时间和岀行成本，可以大大减少车辆通过交叉口的停车次数，降低或消除交叉口作为道路瓶颈的影响，有效降低因车辆起动与制动所产生的大气污染与噪声污染，提高道路的通行能力和服务水平。交通信号控制诞生于19世纪60年代，早在1868年，英国伦敦威斯敏斯特街口安装了世界上第一组交通信号灯。当时采用的是煤气灯，通过灯前的红、绿玻璃变换信号灯灯色。至今，城市道路信号控制系统已经经历了100多年的发展，交叉口的控制方式经历了基于历史数据的定时信号控制、

7、基于车俩检测识别技术的感应式控制和自适应控制，信号交叉口控制范圉从单点控制扩展为干线协调控制并进一步延伸至区域信号协调控制。国外早期研究的基于最大带宽干线协调控制系统如MAXBAND[1]、MUTIBAND[2]、PASSERII[3]等，以及基于停车延误、停车次数、油耗、污染最小的区域协调控制系统如SCATS⑷、SCOOT[5]>OPAC[6]、RHODES⑺等应用较为广泛，能够提高交叉口通行效率，缓解城市交通拥堵。因此本文确定了采用区域信号控制的方法来