【博士】城市道路交叉口群交通控制模型算法及其實現(xiàn)【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：交通信息工程及控制　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學交通運輸工程學院　　學位年度： 2008年　　緩解城市交通擁堵的問題涉及城市政策法規(guī)、城市規(guī)劃建設、城市交通管理等多個層次多個方面的問題。而城市道路的信號控制技術，作為交通管理的主要手段，其智能化和現(xiàn)代化水平充分體現(xiàn)了交通管理的社會生產(chǎn)成本，而在此背后，強大的理論和技術支持才是其核心競爭力的體現(xiàn)。城市道路交叉口群是城市交通問題的微觀體現(xiàn)，因此在追求城市交通可持續(xù)發(fā)展的大背景下，跨學科綜合交義相關領域的科研成果和技術，分析和描述城市交叉口群交通流運行的特征，為其設計適用的交通控制算法并應用先進的軟件技術進行實現(xiàn)對解決城市交通問題具有一定的理論價值和現(xiàn)實意義?！　”疚氖紫葘膰鴥?nèi)外在城市交通控制相關研究的成果進行了總結和綜述。從單點控制到協(xié)調(diào)控制，從定時控制到動態(tài)控制多個角度對城市交通控制模型、算法以及系統(tǒng)實現(xiàn)相關的研究成果進行了總結和分析，提出了交通控制的研究應不局限于針對局部問題進行孤立建模分析的研究思路，必須全面考慮城市道路交叉口群交通流在控制條件下的表現(xiàn)特征，從而引出了本文研究的主要切入點，即控制條件下的城市道路交叉口群的建模問題研究?！　≡诘谌轮校疚膶刂茥l件下的交叉口延誤模型、交叉口群交通流特征以及交叉口群控制系統(tǒng)的檢測器布設方案進行了總結和定性化的分析，為后文的研究提供了依據(jù)和支撐?！　≡诘谒恼轮?，本文對城市道路交叉口群的建模問題進行了研究，首先對信號控制條件下的城市道路交叉口群的組成要素進行了分析和歸納，將交叉口群分為道路路段、道路交義口以及信號控制三個組成要素。并對現(xiàn)有的城市道路交通流模型進行了細致的分析和總結。提出了應用細胞傳輸模型(CellTransmission Model)作為城市道路交叉口建模研究的基礎，并對細胞傳輸模型對于描述城市道路網(wǎng)絡間斷交通流的適用性進行了分析。針對細胞傳輸模型無法描述城市道路間斷交通流在交叉口內(nèi)部受到信號控制影響而存在的通行能力變化和車流在道路路段上的離散現(xiàn)象，應用了時序Petri網(wǎng)模型(Timed Petri Net)以及對CTM模型中原有的流量傳播模型進行了改進，并進行了相關的實例驗證?！　≡诘谖逭轮?，本文基于前述交叉口群的建模研究結果，在分析了交義口群控制模型的一般化描述的基礎上，提出了基于交叉口群仿真模型的多目標優(yōu)化控制算法。算法將交叉口群仿真模型嵌入到多目標優(yōu)化控制算法中，替代目標函數(shù)計算方案的評價指標，并采用多目標遺傳算法中的非支配排序算法對問題進行求解。為了對算法進行驗證，本文設計了多種實驗案例對算法進行了驗證，對結果進行了分析并證明了算法的有效性和適用性。　　在第六章中，本文首先對動態(tài)交通控制的原則、目標、時效性、適應規(guī)模以及控制結構分類等方面進行了概述，并引出本文動態(tài)控制算法的概念：雙層控制結構的動態(tài)控制策略。將控制策略分為兩層：路網(wǎng)優(yōu)化層與單點優(yōu)化層?！　≡诰W(wǎng)絡優(yōu)化層中完成較長時段的優(yōu)化參數(shù)的計算，并根據(jù)時段內(nèi)交叉口群內(nèi)交通流運行指標來確定各單點優(yōu)化層的優(yōu)化目標及約束條件等。單點優(yōu)化層則關注于單個路口在短期內(nèi)的控制方案計算，單點優(yōu)化層包含多個單點控制單元，每個單點控制單元能相互交換信息，進行短時交通流預測，并完成控制方案的滾動優(yōu)化。在確定了控制結構以后，本文建立了動態(tài)控制策略的模型體系，在單點優(yōu)化層包括：交叉口交通流短時預測模型、交叉口信號配時優(yōu)化模型、交叉口交通轉向估計模型，在網(wǎng)絡優(yōu)化層模型包括：參考周期的計算模型、交叉口相位差的優(yōu)化模型以及車流指標影響系數(shù)模型。本文在分析了動態(tài)控制策略在時效性和方案覆蓋度的特性，詳細設計了模型體系中優(yōu)化模型的求解算法?！　榱蓑炞C算法的有效性，本文在第四章交叉口群仿真建模研究的基礎上設計了多種仿真應用場景，并對仿真結果進行了詳細的分析?！　〉谄哒轮校疚脑诮徊婵谌嚎刂葡到y(tǒng)原型設計的層面對本文所述控制策略在系統(tǒng)實現(xiàn)層次進行了闡述。首先在系統(tǒng)概念、實時系統(tǒng)設計、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)設計原則、系統(tǒng)總體設計以及系統(tǒng)軟件組成等方面對控制系統(tǒng)原型的框架進行了設計，然后對控制系統(tǒng)的核心控制軟件的設計與開發(fā)進行了論述。最后，對面向交通控制的數(shù)據(jù)倉庫進行了初步的設想和分析?！　?

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