基于多目標規(guī)劃的城市道路交叉口信號配時研究.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重，并受到廣泛關注。作為城市道路的重要組成部分，交叉口通常也是整個城市道路交通系統(tǒng)的瓶頸點。提高交叉口運行效率的方法很多，其中，改善交叉口信號配時是最直接有效的方法之一。因此，研究城市道路交叉口信號配時方法具有重要的理論價值和實際意義。
　　 本文以城市道路交叉口信號配時為研究對象，選擇延誤、停車次數(shù)、通行能力作為衡量配時方案的指標。建立了多目標信號配時模型，采用模糊折中

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

3、2000中采用的兩種延誤計算方法：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，二者對正常延誤和隨機延誤的計算方法也不相同。
　　 本文還對比分析了韋伯斯特理論、HCM2000、《城市道路設計規(guī)范》方法、停車線法、沖突點法等計算通行能力的方法：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；《城市道路設計規(guī)范》方法、停車線法、沖突點法都是以車道

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．分析了國內外兩種典型的既有多目標規(guī)劃信號配時模型方法的不足之處，鑒于模糊折中規(guī)劃的多目標規(guī)劃方法的優(yōu)點，提出了基于模糊折中規(guī)劃的多目標規(guī)劃信號配時模型。采用模糊折中規(guī)劃的多目標規(guī)劃方法將交叉口的總延誤、總停車次數(shù)、總通行能力這三個目標函數(shù)轉化為一個單目標函數(shù)，其可使三者無量綱化，取值均在(0，1)之間。同時使用模糊

5、偏好方法，以定量計算為主，定性分析為輔，確定了三者的隸屬度函數(shù)在單目標函數(shù)中的權重，其在一定程度上避免了主觀因素的影響。將改進的粒子群算法和信號配時模型相結合，設計了求解步驟，并采用動態(tài)加速常數(shù)協(xié)同慣性權重粒子群優(yōu)化算法(WCPSO)(最大迭代次數(shù)、粒子數(shù)目分別取500、20)對單目標函數(shù)進行求解。
　　 4．通過調研獲得了交叉口的基礎數(shù)據(jù)并分析其存在的問題，將模型應用于交叉口的信號配時中．采用WCPSO(最大迭代次數(shù)、粒子數(shù)目

6、分別取500、20)對單目標函數(shù)進行求解，分別得到了單目標函數(shù)在p=1、p=2、p=+∞時三種情況下的各相位的有效綠燈時間，進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。經過分析比較，選擇p=+∞時的方案作為改善后的方案，改善前后周期分別為189s和150s，有效綠燈時間分別為173s和134s。并與之前配時方案進行對比：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．研究了交叉口信號配時方案對燃油消耗以及尾氣排放的影響。采用Synchro6.0軟件對交叉口改善前后的情況進行仿真計算，選取四個相位的燃油消耗量、CO排放量、NOx排放量、VOC排放量進行對比分析：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