信號控制子區(qū)動態(tài)劃分及區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、城市交通信號控制是提高城市路網(wǎng)通行效率、緩解城市交通擁堵問題的重要手段。合理的城市交通信號控制策略，不僅需要考慮城市路網(wǎng)中每個信號控制路口的信號配時方案，還需要將聯(lián)系較緊密的信號控制路口相互協(xié)調(diào)起來，提高路網(wǎng)的整體通行效率。城市交通信號控制的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，可以從以下三個方面入手：將城市路網(wǎng)劃分成若干個合理的信號控制子區(qū)；對城市路網(wǎng)中孤立的信號控制路口采用單點自適應(yīng)信號控制；以及對信號控制子區(qū)內(nèi)的路口采用區(qū)域協(xié)調(diào)信號控制。
　　 本

2、文首先總結(jié)了國內(nèi)外在城市交通信號控制優(yōu)化方法方面的研究，分析了信號控制子區(qū)劃分、單點自適應(yīng)信號控制以及區(qū)域協(xié)調(diào)信號控制中存在的問題，并針對這些問題進行城市交通信號控制優(yōu)化方法的改進。主要研究內(nèi)容包括以下四點。
　　 第一，提出考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號控制子區(qū)動態(tài)劃分方法。首先對已有信號控制子區(qū)劃分方法所基于的距離、流量、周期三原則進行改進：用關(guān)聯(lián)度指數(shù)(Coupling Index)表征距離-流量原則，并在子區(qū)劃分時按關(guān)聯(lián)度指數(shù)從

3、大到小的順序搜索路網(wǎng)中各路口；針對已有合理信號周期范圍確定方法的主觀性較強的問題，提出基于延誤分析的合理信號周期范圍確定方法。然后針對現(xiàn)有的基于距離、流量、周期三原則的信號控制子區(qū)劃分方法不能很好地保證信號控制子區(qū)內(nèi)協(xié)調(diào)控制效果的問題，提出將子區(qū)內(nèi)的協(xié)調(diào)控制目標(biāo)作為子區(qū)劃分中的輔助原則。在符合距離、流量、周期三原則的前提下，合理的信號控制子區(qū)內(nèi)還必須獲得足夠大的綠波帶寬。最后給出了考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號控制子區(qū)劃分流程和子區(qū)動態(tài)調(diào)整方法

4、。
　　 第二，提出基于交通狀態(tài)判別的單點自適應(yīng)控制優(yōu)化方法。根據(jù)城市路口的流量比率和時間占有率，將其交通狀態(tài)劃分成空閑、順暢、繁忙、擁堵四個等級。在不同的交通狀態(tài)下，根據(jù)其交通流特點和駕駛員心理特征制定相對應(yīng)的交通信號控制目標(biāo)，并設(shè)定相應(yīng)的運行指標(biāo)(Performance Index)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。運行指標(biāo)由車輛延誤、排隊長度和通行能力三個運行參數(shù)組成，并采用相對指標(biāo)形式。在交通狀態(tài)穩(wěn)定而交通流隨機波動的情況下，通過分析交

5、通流短時變化趨勢，對信號配時方案中各相位的綠燈時間進行相應(yīng)的微調(diào)，使自適應(yīng)配時方案既符合不同交通狀態(tài)下的交通流特點，又適應(yīng)交通流的隨機性。
　　 第三，提出基于Q學(xué)習(xí)的非對稱變帶寬雙向綠波帶優(yōu)化控制方法。首先提出將上下行紅燈結(jié)束時間車輛排隊長度相等作為上下行綠波帶寬分配的目標(biāo)，并用Q學(xué)習(xí)算法動態(tài)學(xué)習(xí)和優(yōu)化變帶寬非對稱雙向綠波帶控制中上下行綠波帶寬的權(quán)重。為了克服交通流參數(shù)這種大規(guī)模連續(xù)狀態(tài)空間下產(chǎn)生的維數(shù)災(zāi)難問題，本文采用人工神

6、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為Q學(xué)習(xí)算法中的Q函數(shù)。在動態(tài)控制過程中，在Q函數(shù)的作用下，根據(jù)當(dāng)前路口和上游路口的實時交通參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)纳舷滦芯G波帶寬權(quán)重修改動作，動態(tài)地得到上下行綠波帶寬分配比例。Q學(xué)習(xí)算法則根據(jù)上下行紅燈結(jié)束時間排隊車輛數(shù)之差，動態(tài)地修正人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各連線的權(quán)值，得到最優(yōu)的Q函數(shù)。
　　 第四，以廣州市天河中心區(qū)路網(wǎng)為算例，驗證本文提出的優(yōu)化方法的有效性。將原有的城市信號控制優(yōu)化方法和本文提出的新優(yōu)化控制方法應(yīng)用于廣州市天河中心

7、區(qū)路網(wǎng)，并用微觀交通仿真軟件Paramics對其進行仿真和評價。根據(jù)仿真結(jié)果從路網(wǎng)總體控制效果、單點自適應(yīng)控制結(jié)果、子區(qū)協(xié)調(diào)控制結(jié)果三方面進行對比分析，分析結(jié)果表明：考慮協(xié)調(diào)控制目標(biāo)的信號控制子區(qū)動態(tài)劃分方法能保證子區(qū)中獲得足夠的綠波帶寬；基于交通狀態(tài)判別的單點自適應(yīng)控制優(yōu)化方法在各種交通狀態(tài)下都可獲得較好的控制效果；基于Q學(xué)習(xí)的變帶寬非對稱雙向綠波帶優(yōu)化控制方法能夠更合理地分配上下行綠波帶寬，保證上下行紅燈結(jié)束時間車輛排隊長度基本保持