通用干道双向绿波协调控制模型及其优化求解

针对干道交叉口进口不同放行方式的实际需求,利用绿波协调控制中的时距分析方法,建立了通用干道双向绿波协调控制模型,设计了基于控制模犁的信号配时优化流程,并利用混合整数线性规划方法实现了控制模型的优化求解.模型算法将不受进口放行方式与路段行驶速度的限制,能够遍历所有存在的最佳信号配时设计方案,且易于通过计算机编程实现其优化...     

改进粒子群优化的关联交叉口协调控制

提出了基于改进粒子群优化的关联交叉口协调控制方法。建立了关于排队长度的交通流模型和协调控制目标函数,利用改进粒子群算法对各交叉口绿信比和考虑双向绿波的相位差进行求解,实现了关联交叉口的最优控制。以实际采集的几个关联交叉口的交通数据仿真表明,相比单向绿波控制和感应控制,所提方法可有效减少延误和平均排队长度。     

考虑左转汇入的干线协调控制与速度引导优化

考虑到相交道路左转汇入车流对干线协调效率的影响, 本文以绿波带宽最大为目标提出了干线协调控制下直行车辆及左转汇入车辆的速度引导模型. 首先, 在干线绿波控制(Maxband)模型的基础上确定干线直行车辆的可通行时间, 引导干线直行车辆在绿波时间段内到达交叉口; 然后, 加入控制左转汇入车辆的通行时间方程, 引导左转汇入车辆在不影响干线协调控制的时间内通过交叉口, 与干线直行车辆实现时间上的分离; 最后, 基于VISSIM和MATLAB进行仿真实验, 结果表明本文提出的优化模型可以有效提高干线交叉口的通行效率.     

城市协调控制主干路交通流模型

城市协调控制主干路交通流模型是交通预测、仿真、信号配时的前提和基础.论文通过改进开放性边界条件,利用一维元胞自动机模型模拟协调控制主干路交通流状况.该模型采用差分方程的形式描述车辆动态行为.解除了信号灯等间距布设的限制,每个路口的信号灯可以根据交通流变化选择绿信比,相邻交叉口采用绿波控制方式调整相位差.论文利用MATLAB软件对模型进行仿真,分析了驶入主干路流量以及干、支路的转弯流量对于主干路平均速度、平均密度和平均流量的影响.在仿真结果的基础上,提出了相应的控制措施改善主干路交通状况.     

干支线混合区域的协调控制方案

为解决传统区域协调控制方案因算法复杂、输入量多、非实时性导致协调效果不佳的问题,提出一套以干线为主的区域协调控制方案.首先将区域预设为若干个子区并基于周期原则动态地对子区进行合并与拆分,然后在子区内部对干线采用绿波协调控制算法,获得子区最佳周期和各交叉口最佳相位差,最后对所有交叉口采用基于饱和度估计的单点绿信比优化算法,选择出下一周期最佳绿信比方案.与传统区域协调控制方案相比,该方案计算的复杂度降低、需要的输入量变少、能实时动态地对区域进行协调控制、协调效果更好.通过算例分析和系统仿真,使用该方案后,子区内部能获得大于30％的绿波带宽度,单个交叉口的平均停车次数比传统方案减少65％.     

窗口流量控制的干线动态协调控制方法

城市交通干线在高峰时期经常处于饱和状态,排队车辆溢出至上游交叉口的"死锁"现象时有发生.为避免干线阻塞、提高饱和条件下干线交通流的运行效率,首先提出一种有效带宽评价方法对已有干线绿波协调控制系统的运行状态及控制效果进行监控;其次借鉴TCP/IP窗口流量控制思想,设计一种窗口流量控制的干线动态协调控制方法,控制城市干线拥挤交通流.模拟试验及对比结果表明,通过窗口流量通告的方式,下游交叉口可以向上游交叉口实时告知路段的有效容量,便于各交叉口信号机根据当前的交通需求及路段的有效容量重新分配各股车流的绿灯时间.     

基于自适应遗传算法的交通信号配时优化

研究城市交通信号设置问题中对单交叉口多相位交通流建立了动态信号配时模型,以交叉口车辆平均延误最小为控制目标,以相位绿灯时间和周期时长为控制变量,并运用自适应遗传算法对控制变量进行优化.根据实时交通流数据,通过MATLAB平台进行仿真.结果表明,自适应遗传算法能够有效降低车辆平均延误,在优化过程中比简单遗传算法具有更好的搜索能力和解质量,其良好的优化性能有助于优良配时方案的产生,同时也提高了交通分配模型的实用价值.     

基于一种新的混合算法的交通流控制优化模型

运用交通流控制理论建立了在交叉口空间渠化及信号相位相序给定的条件下, 考虑机动车与非机动车的延误（服务水平）约束条件, 机动车通行能力最大的优化模型, 并利用遗传算法及混沌优化算法互补的混合优化算法对模型进行了优化计算. 实际优化计算结果表明, 文中的优化模型及其混合算法具有较高的理论价值及实用价值, 本次研究为信号交叉口交通流的协调控制优化研究提供了新思路和新方法.     

基于粒子群算法的交通干线协调控制的研究

目前各大城市交通拥堵的一个重要原因是交通控制仍然为单点控制,未能实现协调优化.基于此,提出一种基于粒子群优化的干线交通总延误最小协调控制方法.首先,通过对城市交通干线协调控制进行数学抽象,建立干线交通双向绿波控制总延误模型.其次,依据总延误模型的特征,设计了一种利用历史最优共享的粒子群算法(VSHBPSO).接着,对干线总延误模型进行优化,以总延误最小为目标,得出相位差、绿信比的最优解,进而获得交通信号相位的动态配时策略.最后以秦皇岛市交通干线为例进行仿真实验,实验结果表明,优化后的交叉口配时方案比传统的定时控制方案减少了43.1％的延误时间,有效提高了干线通行效率.     

基于量子粒子群算法的实时多交叉口信号控制

随着城市交通日益发展,如何提高城市交通效率是目前十分关注的问题.为了解决交叉口过饱和交通流控制问题,基于交通流向动态组合的感应控制方案,设计了一种实时多交叉口协调控制(Real-time Intersection Coordination Control,RIC2)模型.该RIC2感应控制模型,以单个交叉口优化为基础,延伸到多个交叉口,形成区域之间的协调控制,同时采取一种改进的量子粒子群算法(Improved Quantum Particle Swarm Optimization,IQPSO)对信号配时进行自适应优化.仿真结果显示上述模型能显著提高城市的通行效率,具有一定可行性.     

基于计算实验的城市道路行程时间预测与建模

城市道路行程时间预测对于提高交通管控效果具有重要意义. 本文综合应用平行系统、集散波、误差反馈修正、多模型自适应控制及模型库动态优 化策略等方法与技术对间断流行程时间预测问题进行了研究. 首先,介绍了平行系统理论的基本原理及计算实验的基本方法; 然后,给出了基于平行系统理论的路段行程时间的预测模型, 设计了基于集散波的行程时间计算实验方法, 提出了多模型自适应行程时间预测并给出了模型动态优化策略. 最后,通过实验证明了本方法的有效性. 结果表明, 本文方法预测精度较高, 且能够对行程时间预测值进行持续优化, 可为后续的间断流行程时间预测研究提供借鉴.     

基于波动方程的动态交通流网络模型研究

研究优化交通流量问题。从交通流量中获取实时旅行时间是现代智能交通系统模型的关键技术,针对传统模型构建复杂、计算时间长、难以提供实时旅行时间的缺点,构建出一种动态交通流网络分析模型,以计算实时性的旅行时间优化交通流量。在模型中首先使用LWR车流模型构建成起始值-边界条件连续方程式,采用高阶Runge-Kutta法计算路段上的流量、密度和运行速度,进而得到车辆运行某段距离所需要的旅行时间;再将这些旅行时间加总,则可求得全路段或路网的旅行时间。最后使用上面提出的的动态交通流网络模型对一小型的高速公路单车道交通流网络进行了仿真。仿真结果表明,上述模型可以加快动态交通流网络中旅行时间的求解速度,以达到提供实时信息的目标。     

城市交叉口车辆速度与交通信号协同优化控制

为了降低城市交通中的行车延误与燃油消耗,针对人类驾驶车辆与自动驾驶车辆混合交通环境,提出一种基于交通信息物理系统(TCPS)的车辆速度与交通信号协同优化控制方法.首先,综合考虑路口交通信号、人类驾驶车辆、自动驾驶车辆三者之间的相互影响,设计一种适用于自动驾驶车辆与人类驾驶车辆混合组队特性的过路口速度规划模型;其次,针对车辆速度规划单一应用时的局限性,即无法减少车辆路口通行延误且易出现无解情况,提出一种双目标协同优化模型,能够综合考虑车辆速度规划与路口交通信号控制,同时降低车辆燃油消耗与路口平均延误.由于双目标优化问题求解的复杂性,设计一种遗传算法-粒子群算法混合求解策略.基于SUMO的仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

Dynamic Traffic Assignment with More Flexible Modelling within Links

Traffic network models tend to become very large even for medium-size static assignment problems. Adding a time dimension, together with time-varying flows and travel times within links and queues, greatly increases the scale and complexity of the problem. In view of this, to retain tractability in dynamic traffic assignment (DTA) formulations, especially in mathematical programming formulations, additional assumptions are normally introduced. In particular, the time varying flows and travel times within links are formulated as so-called whole-link models. We consider the most commonly used of these whole-link models and some of their limitations.In current whole-link travel-time models, a vehicle's travel time on a link is treated as a function only of the number of vehicles on the link at the moment the vehicle enters. We first relax this by letting a vehicle's travel time depend on the inflow rate when it enters and the outflow rate when it exits. We further relax the dynamic assignment formulation by stating it as a bi-level program, consisting of a network model and a set of link travel time sub-models, one for each link. The former (the network model) takes the link travel times as bounded and assigns flows to links and routes. The latter (the set of link models) does the reverse, that is, takes link inflows as given and finds bounds on link travel times. We solve this combined model by iterating between the network model and link sub-models until a consistent solution is found. This decomposition allows a much wider range of link flow or travel time models to be used. In particular, the link travel time models need not be whole-link models and can be detailed models of flow, speed and density varying along the link. In our numerical examples, algorithms designed to solve this bi-level program converged quickly, but much remains to be done in exploring this approach further. The algorithms for solving the bi-level formulation may be interpreted as traveller learning behaviour, hence as a day-to-day traffic dynamics. Thus, even though in our experiments the algorithms always converged, their behaviour is still of interest even if they cycled rather than converged. Directions for further research are noted. The bi-level model can be extended to handle issues and features similar to those addressed by other DTA models.     

基于信号控制的城市路网旅行时间计算模型

交通控制信号对交通流的影响是干扰实时交通数据计算准确性的重要因素。为此,提出一种基于信号控制的城市路网旅行时间计算模型。将城市道路的旅行时间分为2个部分,即路链有效旅行时间和路口延误时间,设计改进的信号控制延误模型用于计算路口延误时长,并给出路链合并算法。实验结果表明,该模型起点到终点的旅行时间误差率能降低5%~15%。     

Distributed Model Predictive Control Method for Optimal Coordination of Signal Splits in Urban Traffic Networks

Coordination and control approaches based on model predictive control (MPC) have been widely investigated for traffic signal control in urban traffic networks. However, due to the complex non‐linear characters of traffic flows and the large scale of traffic networks, a basic challenge faced by these approaches is the high online computational complexity. In this paper, to reduce the computational complexity and improve the applicability of traffic signal control approaches based on MPC in practice, we propose a distributed MPC approach (DCA‐MPC) to coordinate and optimize the signal splits. Instead of describing the dynamics of traffic flow within each link of the traffic network with a simplified linear model, we present an improved nonlinear traffic model. Based on the nonlinear model, an MPC optimization framework for the signal splits control is developed, whereby the interactions between subsystems are accurately modeled by employing two interconnecting constraints. In addition, by designing a novel dual decomposition strategy, a distributed coordination algorithm is proposed. Finally, with a benchmark traffic network, experimental results are given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

交通控制中展宽段设计与信号配时的优化

针对展宽段设计与信号配时之间互相影响和制约的问题,本文提出了优化配时依据和相位相序的解决方法.分析了展宽段设计与信号控制之间的内在联系;提出了交叉口无空间限制条件下展宽段的设计思想,既应满足信号控制需求又要保证排队车辆不发生溢出,且要尽量减少对对向出口道车辆通行的影响,基于此思想综合运用交通控制理论及交通流理论建立了展宽段长度的计算模型;当交叉口空间受限制时,针对直左车流间无相互干扰的情况,提出了以当量饱和流率作为信号配时依据的控制思路,而对于直左车流间存在相互干扰较严重的情况,提出了优化相位相序的控制策略,结合韦伯斯特理论建立了以延误最小为目标的非线性优化模型,并采用遗传算法求解相关参数.最后利用VISSIM仿真软件对提出的方法和模型进行了模拟验证.     

冰雪天气下高速公路可变限速控制研究

为保障冰雪天气条件下高速公路的行车安全与通行效率,在建立安全限速模型与交通流预测模型的基础上,提出一种基于粒子群优化算法的可变限速控制策略;首先,通过分析冰雪天气下车辆制动性能和交通流演化规律,提出适用于冰雪天气条件的高速公路安全限速模型以及交通流预测模型;其次,设计了兼顾通行效率与行车安全的优化目标函数,并考虑实际行车需求给出相关约束条件;最后,基于交通流预测模型并结合粒子群优化算法对可变限速值进行求解,并通过搭建的元胞自动机交通流模型将所提出的可变限速策略的控制效果与固定限速方案和分段安全限速方案进行对比仿真实验;仿真结果表明,相比于固定限速方案,可变限速控制减少了总行程时间、总行程延误时间和车辆冲突时间;相比于分段安全限速方案,可变限速控制有效减小了管控路段内的车辆行驶速度标准差,总行程延误时间和车辆冲突暴露时间也有所降低,验证了所提出可变限速控制策略的有效性。     

城市交通过饱和状态下干线信号的多目标仿真优化研究

针对城市交通过饱和状态下的干线信号优化问题,分析了交通控制目标对车辆排队的影响,提出以绿信比、相序、相位差和周期为优化参数,以车辆平均时延、系统平均排队-车道长度比和系统通行能力为优化目标的交通信号仿真优化模型。构建了优化模型的实施框架,该框架采用自主构建的微观交通仿真环境来获取信号方案评价指标,改进多目标优化算法NSGAII中的重复个体问题,完成对干线各交叉口信号配时方案的同时优化。最后,利用采集的交通数据对由3个交叉口组成的干线进行实例验证,验证结果表明,在过饱和状态下,所提出的信号优化方法不仅可以有效控制车辆排队长度,均衡车辆分布,同时在系统通行能力、车均时延方面表现更佳。     

基于元胞自动机的港湾公交站间距影响研究

公交系统对城市交通流的影响十分显著，在对现有经典交通流元胞自动机模型进行总体分析的基础上，提出了一种考虑公交车辆和港湾式公交停靠站影响的多速混合车辆双车道元胞自动机模型，重新标定了元胞长度、运行车速和随机慢化机制，引入了公交车停靠站，改进了车辆变换车道规则。通过计算机模拟，再现了传统交通流三参数之间的关系，为更好地描述城市混合交通流奠定了基础。