基于物理排隊(duì)的城市動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制研究.pdf

1、智能交通系統(tǒng)(ITS)的出現(xiàn)為解決交通擁擠、改善交通狀況、提高道路的交通能力提供了新的途徑。其中，先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)(ATMS)是ITS的核心部分之一，城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)是ATMS關(guān)鍵部分，是解決交通問(wèn)題的有效方法之一，而有效的交通信號(hào)控制依賴于對(duì)交通流動(dòng)力學(xué)特征的準(zhǔn)確建模。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮物理排隊(duì)條件下多車型動(dòng)態(tài)交通分配問(wèn)題研究”，針對(duì)城市動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制問(wèn)題，基于具有物理排隊(duì)的動(dòng)態(tài)交通流模型，根據(jù)是否考慮交通

2、網(wǎng)絡(luò)用戶的路徑選擇行為對(duì)交通流形態(tài)的影響，以兩種方式展開(kāi)研究：一種是不考慮路網(wǎng)用戶的路徑選擇行為，研究城市動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制問(wèn)題，以給定的交通流形態(tài)為前提，采用單層優(yōu)化策略，建立交通信號(hào)優(yōu)化控制模型并求解，獲得最優(yōu)信號(hào)控制策略；另一種是考慮了路網(wǎng)用戶的路徑選擇行為，研究動(dòng)態(tài)交通信號(hào)控制與動(dòng)態(tài)交通分配的組合優(yōu)化問(wèn)題，依據(jù)變化的交通流形態(tài)，采用雙層優(yōu)化策略，建立動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制與交通分配的廣義雙層優(yōu)化模型并求解，確定最優(yōu)信號(hào)控制策略及

3、優(yōu)化路徑流。主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)研究了不確定交通需求下城市單路口動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制問(wèn)題。采用CTM(celltransmissionmodel，CTM)來(lái)描述路口交通流的運(yùn)行狀況，反映交通流動(dòng)力學(xué)特征，在考慮交通需求不確定性的情況下，建立了基于CTM的單路口動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制模型，并利用遺傳算法進(jìn)行了優(yōu)化求解。仿真結(jié)果表明：在未飽和、飽和及過(guò)飽和交通狀況下，模型都能夠有效地反映交通需求的不確定性對(duì)信號(hào)配時(shí)

4、及車輛延誤和通過(guò)能力計(jì)算產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單路口交通信號(hào)的優(yōu)化配置。
　　 (2)研究了城市多路口交通信號(hào)多目標(biāo)優(yōu)化控制問(wèn)題。以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)延誤、油耗以及路網(wǎng)機(jī)動(dòng)車尾氣排放量（在過(guò)飽和交通狀況下，考慮了系統(tǒng)通過(guò)能力）為優(yōu)化目標(biāo)，推導(dǎo)了基于CTM的油耗以及路網(wǎng)機(jī)動(dòng)車尾氣排放量計(jì)算公式，采用CTM來(lái)描述多路口交通流的運(yùn)行狀況，建立了基于CTM的城市交通信號(hào)多目標(biāo)優(yōu)化控制模型，并利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行了優(yōu)化求解。仿真結(jié)果表明：在多種交通

5、流狀況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)的協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化設(shè)置。
　　 (3)研究了路網(wǎng)中多用戶路徑選擇行為下的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制問(wèn)題。利用具有物理排隊(duì)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型捕捉路網(wǎng)中排隊(duì)后溢交通流動(dòng)力學(xué)特征，在時(shí)變需求和控制策略下考慮了多用戶路徑選擇行為，依據(jù)變化的交通流形態(tài)，建立了一個(gè)基于物理排隊(duì)的多用戶動(dòng)態(tài)交通分配與交通信號(hào)優(yōu)化控制的廣義雙層規(guī)劃模型，并利用智能優(yōu)化算法進(jìn)行了求解，確定最優(yōu)信號(hào)控制策略。仿真結(jié)果表明：在飽和及過(guò)飽和路網(wǎng)中，可以

6、實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的優(yōu)化設(shè)置和路徑流的合理配置。
　　 (4)研究了路網(wǎng)中多車型隨機(jī)用戶路徑選擇行為下的動(dòng)態(tài)交通信號(hào)優(yōu)化控制問(wèn)題?；诰哂形锢砼抨?duì)的多車型動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型，建立多車型隨機(jī)用戶動(dòng)態(tài)交通分配與交通信號(hào)控制的廣義雙層規(guī)劃模型。上層是信號(hào)優(yōu)化控制模型，考慮了多車型下的隨機(jī)用戶路徑選擇行為，確定最優(yōu)信號(hào)控制策略使路網(wǎng)出行時(shí)間最??；下層為多車型隨機(jī)動(dòng)態(tài)交通分配模型，預(yù)測(cè)多車型用戶對(duì)給定信號(hào)控制策略的響應(yīng)，獲得相應(yīng)優(yōu)化路徑流。采用智能優(yōu)