自适应信号控制下交叉口延误计算方法研究

为了研究交通信号的自适应控制方法,需要对交叉口延误进行定量的分析与计算。本文根据信号交叉口理论,在以往定时信号延误研究的基础上,基于交叉口一个进口方向的车辆延误分析,推导了信号控制交叉口不同交通运行状况下的交叉口延误公式;进而对自适应信号控制下交叉口延误的计算方法进行了研究,提出了自适应信号控制下交叉口延误的计算方法———根据交叉口各进口方向不同的交通运行状况以及所处的相序选择相应的公式计算交叉口各进口方向的车辆延误,然后对其求和,得到交叉口延误。     

信号交叉口增量延误分析

为了对交通信号控制参数进行优化,需对交叉口延误进行定量分析与计算.对已有的平面信号交叉口增量延误模型提出了改进,并且对该模型进行了校正.针对交叉口处于非饱和与过饱和状态下的交通状况,用排队论分析并推导了交叉口增量延误公式.其结果既完善了现有的延误计算理论,又可为设置信号相位提供理论依据.     

交叉口定周期信号控制多目标优化方法

为了克服以往采用加权组合方法将多目标优化模型转为单目标优化模型进行求解的弊端,以非饱和交叉口为研究对象建立了定周期信号控制参数的多目标优化模型,并以非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA II)为基础建立了直接求解单个交叉口交通信号多目标控制模型的相容优化方法。最后通过实例分析了延误、停车率、排队长度等常用交通信号控制目标的有效性和对控制参数的敏感性。研究结果表明:与单目标优化方法相比,多目标相容优化方法更能减少车辆在交叉口上的停车延误和排队长度;与加权组合方法相比,多目标相容优化方法能获得更优的综合交通效益。     

环形交叉口待行区设置与信号控制方法

为解决环形交叉口左转通行能力不足的问题，提出一种借助内侧环道与外侧环道设置左转待行区和直行待行区，并建立环道交通信号与进口道交通信号协调控制的环形交叉口信号控制方法。在饱和度等约束条件下，基于进口道停车线和环道停车线后不同的交通状态建立相应的延误计算模型，以延误最小为优化目标建立信号控制参数优化模型。案例分析表明：当左转交通量低于左转二次停车控制法适用的左转临界值时，所提出方法的延误较高；而当左转交通量高于该临界值时，左转二次停车控制法的延误快速上升并高于所提出方法的延误，且将导致环道锁死，而采用该方法仍能稳定运行，验证了提出方法的有效性。进一步分析进口交通量、不同类型环道数量和环岛半径等差异对所提出方法控制效益的影响，结果表明：随着环形交叉口进口交通量增大，该方法适用的临界左转比例随之降低；当进口交通量的左转比例低于临界左转比例时，交叉口处于非饱和状态且延误低；反之，交叉口处于过饱和状态且延误高。当左转交通量高于450 veh·h^-1时，增加左转环道有利于降低车均延误；而当直行交通量高于1 150 veh·h^-1时，增加直行环道效果更佳。当进口交通量小于800 veh·h^-1时，环岛半径对交叉口延误影响不大；而一旦进口交通量高于800 veh·h^-1后，环岛半径对车均延误的影响随进口交通量的增长愈加显著，环岛半径越大，交叉口车均延误就越高。     

逆向可变车道动态切换及信号控制优化方法

为弥补逆向可变车道切换控制方法判断条件较为单一,且配套的信号控制方法难以适应交通流动态变化的不足,提出逆向可变车道动态启停切换及交通信号优化控制方法.根据交叉口流向饱和度、车道切换效益与车道切换时间间隔等指标获取逆向可变车道动态切换控制决策,实现逆向可变车道的动态开启和关闭;同时,利用检测器获取车辆到达率、车道饱和流率与剩余排队车辆数等实时交通流数据,根据车流到达驶离图示推导交叉口车均延误计算公式.引入左转车道释放流率系数,修正左转车道释放流率,改进了交叉口延误计算公式,构建以延误最小为目标的交叉口信号配时动态优化模型.最后,以武汉市古田四路-长丰大道交叉口为对象开展了仿真实验,结果表明:相比于定时切换控制方式,动态切换控制与信号配时动态优化方式下的逆向可变车道交叉口车均延误减少6.7%~14.9%,含有逆向可变车道进口方向的左转车均延误减少7.6%~15.6%,平均排队长度减少6.4%~21.9%,验证了动态控制方法提升交叉口运行效率的有效性.      

信号交叉口多目标动态决策模型及其优化方法

以减少机动车在交叉口的延误时间和尾气排放为目标,针对目前交通信号控制模型中普遍采用单一目标进行求解的问题,以非饱和交叉口为研究对象建立了信号交叉口多目标动态决策模型(MODD模型),对信号周期时长、绿信比和相序3个信号配时参数同时进行优化,提出交叉口多目标评价满意度函数,制定交叉口信号控制决策准则并应用混合遗传算法求解最优决策变量.算例的求解结果显示,混合遗传算法能够均匀地逼近Pareto最优前端,多目标优化方法更能减少车辆在交叉口上的停车延误和停车次数,对单交叉口信号配时有理论指导和应用价值.     

公交优先的预信号控制交叉口车辆延误分析

为了定量评价公交优先预信号控制交叉口车辆延误,首先对已有研究中所确定的主信号与预信号相互协调关系的不足进行了分析,并对其进行了改进;然后对主信号处车辆到达和离开过程进行了分析,在此基础上,分别对设置预信号前后公交车辆与社会车辆延误变化的计算方法进行了研究。结果表明:预信号控制有助于减少公交车辆的延误,却增加了社会车辆的延误,而人均延误有所减少,但在交叉口处于非饱和状态时人均减少延误效果不甚明显。     

单交叉口信号配时的动态优化

为了缓解城市交通压力,根据实时单交叉口交通数据,利用模糊控制理论,结合matlab软件,以缩短车辆平均延误时间为目标,对各个相位的信号配时进行动态优化,使单交叉口的绿灯时间及周期成为可变参数。仿真结果表明,与传统信号控制方式相比,本文所提出的交通信号配时控制效果更好,车辆平均延误时间更少。     

不良天气和路面环境对交通信号配时方案的影响

针对不良天气和路面环境下沿用正常天气交通信号配时方案时信号控制效益下降的问题,从不良天气和路面环境下交通流运行特征入手,分析了因天气和路面环境改变导致的以经典信号控制理论为优化基础的信号配时方案演变情况,采用Vissim软件建立了哈尔滨市嵩山路与淮河路交叉口良好天气与雪天的交通信号控制仿真模型,并进行了案例分析.分析表明:雪天及时调整信号配时方案,与仍采用良好天气情况下的信号配时方案相比,能有效降低车辆在信号交叉口的停车次数和延误,提高交叉口的通行效率.这一分析结果适用于所有不良天气和路面环境下的交通信号优化控制.     

基于交通预测的多态交通流信号控制

为解决现有信号控制方法对多态交通流交叉口适应性不足的问题,通过在交叉口设置多功能进口车道和车辆检测器、车道控制器等硬件设施,进行了短时交通流预测基础上的多态交通流条件下交叉口信号配时优化研究。根据交通量预测数据,建立信号控制延误估计模型,以交叉口总延误最小为优化目标选取多功能车道流向,根据每相位最大排队长度逐步优化绿灯时长并实施信号控制。短时交通预测以小波分析为基础,采用RBF神经网络及Markov链分别预测交通流的稳态与随机部分。使用VISSIM软件对设置多功能车道的交叉口多态流信号控制方法进行了交通仿真。分析结果表明：该方法可有效降低行车延误,提高交叉口服务水平。     

借用公交专用道左转的主预信号控制方案优化

设置有路中式公交专用道的交叉口进口道存在因公交与其他车辆两股平行车流在路口同时左转、直行和右转而形成的多路交织现象，传统信号控制方案已无法消除这类交叉口相位放行造成的交织冲突问题。为解决该问题，设计了一种借用公交专用道左转的新型交叉口，规定了各流向车辆的运行规则，同时设计了主信号与预信号相位方案及相互协调配时关系。具体来说，根据公交直行车辆和其他左转、直行车辆的到达-驶离图式，分别建立各流向不同情况下车辆的延误与停车次数计算方法，以交叉口车均延误与车均停车次数加权的当量费用最小为目标，建立交叉口信号配时优化模型。为验证该优化控制策略的有效性，结合算例对传统控制方案和优化控制方案进行比较，并分析等待区长度对车辆排队演化过程的影响，确定优化方案适用场景。结果表明：相对于传统方案，优化方案增加了交叉口的通行能力，使得车均当量费用下降比例达到了32.3%；参数灵敏度分析显示，主信号等待区长度宜设置为80 m。所提出的控制策略通过借用公交专用道左转，提高了交叉口的利用效率，最大限度地降低了对公交优先策略实施的影响，能够完全消除设置有路中式公交专用道交叉口相位放行中的交通交织冲突现象，以保证交叉口行车安全。     

单点交叉口鲁棒优化信号配时研究

为了消除单点信号控制不适应交通流波动的缺陷,提高信号控制的稳定性,建立了多目标信号配时优化模型.该模型以平均延误时间最短,通行能力最大,以及鲁棒性最好即流量波动时车辆延误标准差最小为目标,以有效绿灯时间、总时长、各方向最大滞留车辆数为约束条件,对定时信号配时参数进行优化,并利用遗传算法对模型进行求解.求解结果表明,该方...     

自动驾驶环境下面向交叉口自由转向车道的交通控制模型

在未来自动驾驶环境下，自动驾驶车辆之间能相互配合、相互穿插地通过交叉口，而无需信号灯控制。因此，有必要研究新一代的能保障自动驾驶车辆安全高效通行的交叉口控制模型。已有控制模型可分为基于交叉口空间离散的控制模型和基于交叉口冲突点分析的控制模型，目前主要存在控制方式和模型非线性等方面的不足。建立了基于混合整数线性规划（MILP）的自动驾驶交叉口控制（Autonomous Intersection Control，AIC）模型，设计交叉口自由转向车道，允许交叉口所有进口道都能"左直右"通行，将交叉口空间离散为等距网格并建立网格坐标方程，考虑车辆在交叉口内部的行驶轨迹，建立车辆轨迹的上边界和下边界方程，确定行驶轨迹压过的交叉口网格，并建立网格被车辆路径占用的时间方程，使用同一网格同一时间只能被一台车辆占用的冲突点约束保障交叉口安全通行。模型以所有车辆通过交叉口的总延误最低为目标函数，通过将约束条件线性化处理，使用AMPL （A Mathematical Programming Language）并调用Gurobi数学规划优化器对模型进行求解。最后对模型效益进行了案例分析。结果表明：所提模型能有效处理自由转向车道的交通流到达模式，对比已有模型经常采用的先到先服务控制策略，该模型能整体优化车辆通行方案，降低车均延误50.51%，降低最大车辆延误29.12%，同时交叉口空间利用率提高了66.17%。     

无公交专用道下的单点公交优先控制

在无公交专用道交叉口情况下,根据公交车到达检测器时刻、检测器布设位置及交通流量等参数,预测出公交车前方车辆数及车辆消散时间,以公交车延误最小为优化目标建立了公交优先信号配时参数优化模型.利用Vissim仿真软件对文中提出的控制方法进行了模拟仿真,结果表明:该控制方法能够为公交车准确提供优先配时方案,有效减少了无公交专用道交叉口的公交车延误.     

逆向左转交叉口的全感应公交优先信号控制技术

逆向左转交叉口已在中国70余个城市实现常态化应用，各地却始终没有形成设置和运用配套交通控制设施的统一做法。当公交专用车道穿过逆向左转交叉口时，必须考虑如何实施公交优先信号控制。基于此，针对十字形逆向左转交叉口提出一种全感应公交优先信号控制技术，该技术对信号灯设置、信号相位设置、相位显示顺序选择和交通流数据采集提出具体要求。以消除逆向左转车道的交通安全风险、加快优先车辆的运行速度、减少机动车相位的绿灯浪费为目标，设计5组逻辑规则，构成信号控制算法，向优先车辆提供绿灯延长和绿灯早启服务，自动调整机动车相位的绿灯时长、预左转相位的红灯时长和绿灯时长。选取1个典型的十字形常规交叉口和1个十字形逆向左转交叉口作为试验对象，利用Vissim创建虚拟道路交通环境。在交通仿真试验中，通过D-最优设计生成1 000个高负荷交通需求场景，共进行3 000次仿真运行。研究结果表明：就应用全感应信号控制技术的交叉口而言，设置逆向左转车道会在统计学意义上显著影响交叉口性能，对于降低全体车辆平均延误有明显效果，对于降低优先车辆平均延误有一定效果；就逆向左转交叉口而言，将全感应信号控制技术升级成全感应公交优先信号控...     

基于虚拟车队的自动交叉路口车辆时序优化模型

智能网联汽车可通过彼此交互协同安全地通过交叉路口,自动交叉路口控制已成为未来发展趋势。为解决现有基于预约的自动交叉路口控制模型未全局优化车辆通过顺序及模型非线性导致求解效率低等问题,提出一种基于虚拟车队的自动交叉路口车辆时序优化模型,实现车辆通过时序的高效全局优化。首先,为构建到达安全时间间隔约束,基于车辆冲突分析计算交叉口进口道停车线到各相互作用点的距离。其次,为便于建模和求解,基于时间维度构建虚拟车队并形成车辆索引序列。然后,以交叉口车辆总延误最小为优化目标,车辆通过控制区段的最小行程时间和到达冲突区域边界的安全间隔为约束条件,构建自动交叉路口车辆通过时序非线性优化模型。在此基础上,引入0-1变量将该模型转化为混合整数线性规划模型,并基于开源求解器CBC对模型进行求解。最后,设计数值仿真试验验证模型的有效性并进行了模型的参数敏感性分析。研究结果表明:所构建模型在不同交通需求下优化效果均优于基于"先到先服务"规则的模型,车均延误和最大单车延误能够减少61.50%和39.73%;当安全间距和优化周期较大时,构建模型的延误控制效果更为显著;模型和算法为未来智能网联环境下自动交叉路口控制提供了一种可选的方法。     

基于时空优化的单点交叉口公交被动优先控制方法

为了最大可能地降低对公交车辆提供信号优先时对社会车辆运行产生的不利影响,研究了信号控制交叉口1个进口道的通行空间分配(车道功能划分)与通行时间分配(绿信比分配)的相互制约和转化关系,在此基础上提出了考虑时空资源组合优化的被动优先模型。算例分析结果表明:该模型能够在对社会车流影响较小的情况下,显著降低公交车辆车均延误;同时,为降低公交优先对社会车流总体运行状态的影响,在确定公交优先的权重时,需要考虑不同相位的机动车流量间及其与公交车流量的对比关系。     

基于模糊逻辑的交通信号控制与仿真研究

提出了一种基于模糊逻辑的交叉口信号控制算法,并通过对相位顺序进行优化,获得了更好的控制效果。与传统的信号模糊控制算法相比,该算法具有相位组合灵活、延误时间小等优点,能够有效解决交通流不平衡的问题,更适应城市交叉口实时变化的交通状况。仿真研究表明:该控制算法能够大大减少车辆延误时间,是进行城市智能交通控制的一种实用且行之有效的方法。