基于多目標(biāo)規(guī)劃的城市道路交叉口信號(hào)配時(shí)研究.pdf

1、隨著城市地區(qū)私人小汽車保有量的迅速增加，道路交通擁堵日益嚴(yán)重，并受到廣泛關(guān)注。作為城市道路的重要組成部分，交叉口通常也是整個(gè)城市道路交通系統(tǒng)的瓶頸點(diǎn)。提高交叉口運(yùn)行效率的方法很多，其中，改善交叉口信號(hào)配時(shí)是最直接有效的方法之一。因此，研究城市道路交叉口信號(hào)配時(shí)方法具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　 本文以城市道路交叉口信號(hào)配時(shí)為研究對(duì)象，選擇延誤、停車次數(shù)、通行能力作為衡量配時(shí)方案的指標(biāo)。建立了多目標(biāo)信號(hào)配時(shí)模型，采用模糊折中

2、思想將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)，用動(dòng)態(tài)加速常數(shù)協(xié)同慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法(WCPSO)進(jìn)行求解，進(jìn)而得到改善后的配時(shí)方案。
　　 在既有研究成果基礎(chǔ)上，論文主要進(jìn)行了如下工作：
　　 1．回顧了城市道路交叉口信號(hào)發(fā)展歷史，介紹了信號(hào)控制的基本概念，對(duì)易引起混淆的信號(hào)相位和信號(hào)階段這兩個(gè)概念通過示例中的信號(hào)配時(shí)圖進(jìn)行說明。
　　 2．選擇延誤、停車次數(shù)、通行能力作為交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)比分析了過渡函數(shù)理論和HCM

3、2000中采用的兩種延誤計(jì)算方法：前者以相位的延誤作為總延誤的基本組成部分，而后者采用的是車道組的延誤；同時(shí)，二者對(duì)正常延誤和隨機(jī)延誤的計(jì)算方法也不相同。
　　 本文還對(duì)比分析了韋伯斯特理論、HCM2000、《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》方法、停車線法、沖突點(diǎn)法等計(jì)算通行能力的方法：其中韋伯斯特理論以相位的通行能力作為總通行能力的基本組成部分；HCM2000則采用的是車道組的通行能力；《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》方法、停車線法、沖突點(diǎn)法都是以車道

4、的通行能力作為總通行能力的基本組成部分。但是這些計(jì)算通行能力的方法的核心思想均是飽和流量與綠信比的乘積。
　　 3．分析了國內(nèi)外兩種典型的既有多目標(biāo)規(guī)劃信號(hào)配時(shí)模型方法的不足之處，鑒于模糊折中規(guī)劃的多目標(biāo)規(guī)劃方法的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于模糊折中規(guī)劃的多目標(biāo)規(guī)劃信號(hào)配時(shí)模型。采用模糊折中規(guī)劃的多目標(biāo)規(guī)劃方法將交叉口的總延誤、總停車次數(shù)、總通行能力這三個(gè)目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單目標(biāo)函數(shù)，其可使三者無量綱化，取值均在(0，1)之間。同時(shí)使用模糊

5、偏好方法，以定量計(jì)算為主，定性分析為輔，確定了三者的隸屬度函數(shù)在單目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)重，其在一定程度上避免了主觀因素的影響。將改進(jìn)的粒子群算法和信號(hào)配時(shí)模型相結(jié)合，設(shè)計(jì)了求解步驟，并采用動(dòng)態(tài)加速常數(shù)協(xié)同慣性權(quán)重粒子群優(yōu)化算法(WCPSO)(最大迭代次數(shù)、粒子數(shù)目分別取500、20)對(duì)單目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。
　　 4．通過調(diào)研獲得了交叉口的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并分析其存在的問題，將模型應(yīng)用于交叉口的信號(hào)配時(shí)中．采用WCPSO(最大迭代次數(shù)、粒子數(shù)目

6、分別取500、20)對(duì)單目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，分別得到了單目標(biāo)函數(shù)在p=1、p=2、p=+∞時(shí)三種情況下的各相位的有效綠燈時(shí)間，進(jìn)而得到交叉口總相位及分相位的延誤、停車次數(shù)、通行能力。經(jīng)過分析比較，選擇p=+∞時(shí)的方案作為改善后的方案，改善前后周期分別為189s和150s，有效綠燈時(shí)間分別為173s和134s。并與之前配時(shí)方案進(jìn)行對(duì)比：交叉口總延誤、總停車次數(shù)、總通行能力，分別降低了35.8％、19.4％、2.4％，相位的平均車輛延誤時(shí)間分

7、別降低了20.0％、15.3％、18.6％、24.1％，而停車次數(shù)和通行能力依相位不同亦有不同程度的改善。
　　 5．研究了交叉口信號(hào)配時(shí)方案對(duì)燃油消耗以及尾氣排放的影響。采用Synchro6.0軟件對(duì)交叉口改善前后的情況進(jìn)行仿真計(jì)算，選取四個(gè)相位的燃油消耗量、CO排放量、NOx排放量、VOC排放量進(jìn)行對(duì)比分析：燃油消耗分別降低了10.11％，3.92％，2.15％，16.95％；CO排放量分別降低了10.85％，2.35％，3