城市交通路網(wǎng)的分布式與遞階優(yōu)化控制研究.pdf

1、城市路網(wǎng)中的交通擁堵已經(jīng)成為世界各大城市亟待解決的嚴(yán)重問題。從長遠(yuǎn)的角度來看，在現(xiàn)有交通設(shè)施的基礎(chǔ)上，對路網(wǎng)中的信號燈進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，是減輕交通擁堵的有效措施。采用宏觀建模方式，對路網(wǎng)中的交通流動態(tài)過程進(jìn)行建模，可以得到包含約束的信號燈控制問題。如果將相應(yīng)的優(yōu)化問題嵌入到滾動時域框架內(nèi)，就可以對信號燈進(jìn)行實(shí)時優(yōu)化控制。但是，城市交通路網(wǎng)是一個包含大量交叉口和路段的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，采用單一控制器對這種大規(guī)模系統(tǒng)進(jìn)行集中控制通常

2、是不可行的。因此，為了解決集中控制中存在的問題，例如計算復(fù)雜度、多控制目標(biāo)和不確定因素帶來的弱魯棒性等，對大規(guī)模城市交通路網(wǎng)有必要采用分布式或多層遞階結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制，以合理誘導(dǎo)交通流并改善路網(wǎng)的通行能力。
　　本論文的主要工作和研究成果如下：
　　1.研究了大規(guī)模城市交通路網(wǎng)的子區(qū)劃分方法。為了采用分布式或多層遞階結(jié)構(gòu)對大規(guī)模城市交通路網(wǎng)進(jìn)行控制，需要探討網(wǎng)絡(luò)劃分方法，使其能夠快速準(zhǔn)確地提取子路網(wǎng)。在綜合考慮路段的物理特

3、性和動態(tài)交通信息的基礎(chǔ)上，提出了一種反映相鄰路口間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)弱的關(guān)聯(lián)度的概念，將其作為城市交通路網(wǎng)中路段的權(quán)值，據(jù)此將路網(wǎng)轉(zhuǎn)化為無向網(wǎng)絡(luò)，提出一種基于模塊度優(yōu)化的快速網(wǎng)絡(luò)分區(qū)算法。此外，考慮到宏觀基本圖理論的要求，提出了反映兩相鄰路段交通狀態(tài)差異的相似度概念及計算方法，從而給出一種將一個異質(zhì)路網(wǎng)劃分為若干個勻質(zhì)子路網(wǎng)的分區(qū)方法。
　　2.研究了大規(guī)模城市交通路網(wǎng)的分布式預(yù)測控制方法。在對大規(guī)模城市交通路網(wǎng)進(jìn)行劃分后，利用多智能體方法

4、對子路網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。每個智能體采用預(yù)測控制方法，為了處理子路網(wǎng)之間的關(guān)連，通過與其周圍鄰居進(jìn)行信息交流，提出了一種基于擁堵度的多智能體序列協(xié)調(diào)方法，使多智能體能夠盡快地達(dá)到?jīng)Q策一致。
　　3.研究了大規(guī)模城市交通路網(wǎng)如何通過調(diào)整子路網(wǎng)間的交換流量優(yōu)化內(nèi)部交通流的問題。提出了一種基于子區(qū)間流量協(xié)調(diào)的城市交通路網(wǎng)兩層遞階預(yù)測控制方法，每一層可以解決不同的交通問題。在上層，通過將一個異質(zhì)的交通路網(wǎng)劃分為若干個勻質(zhì)的子路網(wǎng)，利用宏觀基本

5、圖理論設(shè)計上層優(yōu)化控制器，用于協(xié)調(diào)子路網(wǎng)間的流量。在下層，采用較為精確的交通流模型，并利用上層給出的指導(dǎo)信息，設(shè)計子路網(wǎng)的控制器，用于獲取區(qū)域內(nèi)信號燈的最優(yōu)配時方案。為了將其用于實(shí)時控制，兩層都采用預(yù)測控制方法。并且，在子路網(wǎng)內(nèi)，采用分布式控制策略來進(jìn)一步減少計算復(fù)雜度。
　　4.研究了大規(guī)模城市交通路網(wǎng)如何通過調(diào)整外部交通需求優(yōu)化路網(wǎng)內(nèi)部交通流的問題。提出了一種把需求平衡控制和交通流協(xié)調(diào)控制集成在一起的兩層遞階預(yù)測控制方法。在第