基于延误模型的城市相交干线协调控制研究

在研究城市交通干线相交情况下,通过对两条相交干线交通流运行特性进行分析,提出了基于最小延误的相交干线联动协调控制方法.该方法运用韦伯斯特配时法计算干线交叉口信号控制参数,以干线排队延误最小为指标建立相位差优化模型.以北京市某相交主干线为例,运用提出的协调控制方法,对相交的两条交通干线同时进行协调控制优化,设计应用于实例的协调控制方案.运用SYNCHRO仿真软件,对方案实施前后的交通运行情况进行对比分析,数据表明,与现状配时方案相比,采用联动协调控制方案后,两条干线的车辆停车延误减少了16.8%.仿真结果表明,联动协调控制方法适用于两条相交干线都需要实施协调控制的情况,能有效地协调相交干线上的交叉口配时,降低车辆在交叉口的延误,提高通行效率.     

基于交通环境的单交叉口信号配时优化研究

为维护交通环境的可持续发展和降低机动车的尾气排放,采用系统建模和仿真技术,提出了一种基于交通环境的单交叉口信号配时优化模型。根据机动车尾气排放的污染物特性,确定了信号配时延误函数计算方式,设计了基于交通环境信号配时优化目标和环境质量约束条件,根据韦伯斯特配时法构建了单交叉口信号配时数学模型,并以广州大学城某交叉口为例进行了仿真模型有效性验证。结果表明:相较于现行信号配时方案,新的最优方案可     

信号交叉口左弯待转区对车辆排放的影响分析

为探究左弯待转区对信号交叉口车辆排放的影响,以左弯待转区长度和左转短车道长度为重要参数、以相位有效绿灯时间为决策变量,建立最小化车辆延误和交通排放的孤立交叉口信号配时优化模型.以大连市五一路/西南路交叉口为例,参考现状方案通过调整相位相序、增设左弯待转区、增设左转短车道获得5种优化方案.结果显示,在优化配时方案的前提下,能使车辆延误和排放减少的有效因素从高到低依次为增设左转短车道、调整相位相序、增设左弯待转区;对于相同的相位相序和渠化方案,只增设左弯待转区使车辆排放最少增加0.7%、停车次数最少增长14.8%、车均延误最少上升2.1%.研究表明,增设左转短车道比增设左弯待转区能更有效地减少延误和排放.      

考虑排放因素的公交优先信号控制优化方法研究

以4相位单交叉口为研究对象,保持信号周期不变的情况下,以减少人的总延误和交叉口区域尾气排放量为目标,通过改变各相位绿灯时间来建立优化模型。运用粒子群算法对模型求解。仿真算例表明,此方法在降低交叉口区域人总延误的同时,减少了该区域内机动车尾气排放量,在保障车辆正常通行的情况下改善了环境质量。     

交通干线相邻交叉口动态协调控制研究

建立了交叉口交通流的动态模型,基于该模型实现了交通信号相位的动态配时,提出了一种考虑双向绿波的干线相邻交叉口相位差优化控制方法,并采用改进的遗传算法(GA)进行求解,从而实现交通干线分级递阶协调控制,避免了交通拥挤和堵塞。以济南市经十路干线交叉口为对象,选择不同时段的车流量数据进行仿真研究,仿真结果表明,本文提出的控制方案能够有效地减小车辆排队长度,从而提高干线交通畅通,降低车辆平均延误时间,是进行城市交通干线控制有效且实用的方法。     

基于机动车延误的Hook-turn交叉口信号控制方案优化方法

为了给Hook-turn交叉口信号配时方案设置提供理论依据,建立了交叉口直行专用车道的机动车延误计算方法;之后考虑交叉口内部待行区左转机动车发生排队上溯、未发生排队上溯2种情况,建立了直行/左转/右转共用车道的机动车期望延误模型;研究了待行区左转机动车对同相位交通流运行的影响,提出了有效利用绿灯时间的校正方法。以交叉口机动车平均延误最小为目标,以周期时长、相位绿灯时间为自变量,建立信号配时方案优化方法。采用实际交叉口数据对所建立方法进行检验,并根据Hook-turn方法设计了2种改进渠化方案;在VISSIM中采集2种改进方案、现状方案的机动车延误指标,并进行对比分析。结果表明:在优化信号配时方案下,Hook-turn方法可以减少直行机动车以及交叉口整体机动车平均延误;当左转车流量较小时,Hook-turn方法的效益显著。     

连续流交叉口信号配时优化模型

连续流交叉口是一种非常重要的非传统交叉口设计,通过将主交叉口左转车流转移至次级交叉口的方式,实现主交叉口二相位控制,从而大大提高主交叉口的通行效率。为进一步发挥连续流交叉口的通行性能,对主次交叉口的信号协调控制展开理论研究,提出了一种具有普遍适应性的信号配时优化模型。该配时优化模型能够有效协调主次交叉口的信号配时,最大限度地降低车辆延误、改善交叉口通行能力,生成理想的协调配时方案,在实际应用中,能够确保主次交叉口的可靠运行。在分析连续流交叉口延误的组成和性质的基础上,深入研究了交通流延误和排队随主次信号相位差的变化情况,做相应的场景分析,再通过主次交叉口相位差优化分析,给出了最优相位差的求解方法,大大简化了模型的求解流程。最后,以南昌市某干道交叉口为例,对其进行了连续流交叉口渠化设计,利用所建立的优化模型求解协调配时方案,再通过微观仿真平台进行了交通效益评价。结果表明:所生成的配时方案能够有效降低延误和车辆排队,改善交叉口通行能力;模型计算结果与仿真输出结果相符,进一步说明该信号配时优化模型准确、可靠。     

基于自适应遗传算法的相位差优化模型研究

通过分析车辆在城市交通干线交叉口的延误规律,从相对相位差的约束条件出发,以干线的总延误最小为目标,建立了城市交通干线的相位差优化模型。模型中考虑到了车辆在干线相邻交叉口的双向延误情况,并采用自适应遗传算法在Matlab下编程实现了相位差优化模型的算例计算。结果表明该优化模型具有较好的有效性,能较大地提高城市交通干线协调控制的性能。     

信号交叉口广义延误模型研究及应用

为了对信号交叉口的配时方法进行优化,兼顾行人和非机动车的交通利益,减少混合交通的总延误时间,分别对机动车、非机动车、行人的信号交叉口延误计算方法和饱和流率进行分析,提出了以混合交通所有交通参与人的总延误最小为优化配时目标的广义延误模型,并采用非线性规划的方法搜索最优周期和各个相位的有效绿灯时长。应用分析表明,按照这一方法进行配时,人均延误比传统配时方法有所降低。     

混合交通状态下交叉口排队机动车流启动车头时距研究和应用

研究的主要内容包括:信号灯控制道路交叉口红灯周期形成的排队车辆,在放行后不同车型的启动时间和不同车型组成的混合机动车流车头时距的分布研究;混合交通状态下机动车启动通过交叉口时受到干扰后的延误时间研究;利用上述研究成果对混合交通状态下交叉口排队车辆的放行绿灯时间进行估算。课题以现实交通数据为基础,通过统计分析结果最终建立放行绿灯时间估算表,对混合交通状态下道路交叉口信号灯的配时起到指导意义。     

干道协调控制相位差模型及其优化方法

通过对协调控制系统进行相位优化设计,综合考虑各路段的平均车速、车流的离散性、相交道路的转弯车流以及车辆到达的不均匀性等各种影响干道协调控制方案实施效果的主要因素后,建立了一种新的干道协调控制相位差模型.以干道控制系统的总延误与总停车次数作为相位差模型的输出,对上、下行车队在交叉口的延误规律进行了分析,并利用Matlab编程计算来实现相位差的优化.结果表明:该优化模型为解决干道协调控制相位差优化问题提供了一种新方法.     

一种新式的交叉口左转待行区信号控制方法

针对信号交叉口许可相位运行期间直行车与左转车交通冲突严重、通行效率低下的问题，提出一种针对许可相位的新式左转待转区设计方法，设计该组织模式下的信号相位方案并分析了设置左转待转区前后的交通冲突情况。建立新式左转待转区设置后的延误模型，以车均延误最小为优化目标，建立改进后交叉口信号控制参数优化模型，并给出求解算法。以哈尔滨市融江路-群力第六大道交叉口为例，VISSIM仿真表明：尽管提出的方法对次要道路中左转车的延误和停车率不利，但总的车均延误在下降，特别是主路相位延误下降更明显，说明所提方法可行、有效。进一步分析交通流量规模、左转车比例和左转待转区容量等因素对设置左转待转区前后次要道路车均延误的影响，结果表明：当每方向左转待转区容量固定不变时，红灯期间到达的左转车辆数越多，所提方法适用的次要道路交通流量临界点越高，且随着次要道路交通流量的增加，所提方法适用的临界左转比例在下降；在相同交通条件下，每个方向左转待转区容量越大，车均延误就越小，说明每个方向左转待转区容量越大，所提方法的效果越明显。该方法有助于改善含许可相位的信号交叉口交通安全和通行效率。     

临界饱和状态交通干线协调控制模型

为提升临界饱和状态下干线车流通行效率，提出了一种基于冲击波理论的干线双向信号协调控制方法。首先，建立了考虑车速变化、转向比例、车道变化等因素的干线交通流模型，分析了临界饱和交通干线交通流运行状态与各参数间的关系。第二，构建了以干线双向通过量最大化为优化目标的混合整数线性规划模型，通过优化干线公共周期和各交叉口绿信比以提高干线通行能力。第三，构建了以延误最小化为优化目标的二次规划模型，并提出了相应的求解算法，通过优化相位差和相位方案实现了干线交叉口的信号协调。临界饱和交通干线协调控制模型由通过量最大化模型和延误最小化模型构成，考虑各交叉口间的制约影响关系，有效避免了排队滞留、溢出、交叉口“死锁”等现象。采用两阶段优化方法，通过通过量最大化模型优化周期及绿信比，继而应用延误最小化模型优化交叉口相位方案及相位差，获得干线系统双向信号协调最优控制方案。最后，应用临界饱和交通状态干线协调控制模型对南京市中山东路10个交叉口进行了信号协调优化，并对优化结果进行了仿真分析。结果表明：临界饱和交通状态干线协调控制模型能对双向临界饱和干线的信号控制方案进行优化，与对照方案相比，优化方案的双向总交通量提升了21.9%，车均延误降低了63.1%，通行能力与服务水平提升显著。     

全设置连续流交叉口信号配时及延误模型

为了解决连续流交叉口车辆多次停车问题，提出了各流向车辆在所遇第2条停车线处不用停车的优化控制策略。通过协调主预信号配时，调整信号控制相位相序方案，促使车辆直接通过所遇第2条停车线，使得左转车辆停车次数由3次减少到2次或者1次，直行车辆停车次数由2次减少到1次。分析各流向车辆到达-驶离图式，构建左转车流在所遇第3条停车线处的延误计算模型，结合Webster经典模型，给出连续流交叉口整体延误计算模型，其计算结果与VISSIM仿真结果基本一致。推导给出车辆不二次停车、车车不冲突以及连续流交叉口自身交通组织等因素所需满足的约束条件，以交叉口车均延误最小化为优化目标，构建连续流交叉口主预信号协调配时优化控制模型，并设计了4种交通场景以验证不同情况下的效益改善情况。研究结果表明：通过信号协调减少1次停车，能够降低50%以上的车均延误和车均停车次数；根据各转向交通量所占比例选择合适的车道分配方案有助于提升连续流交叉口通行效率；在2种策略下交叉口车均停车次数分别为0.88~1.05、0.59~0.77，与已有控制策略约2次车均停车次数相比，明显降低了连续流交叉口车辆停车次数。研究成果可为连续流交叉口控制提供新的视角，对交叉口通行效率的提升效果也更加显著。     

考虑礼让行人的信号交叉口配时优化方法

为提高机动车礼让行人背景下的人车通行效率,研究了基于叠加相位设计的信号交叉口配时优化方法.以西安市1个典型交叉口为例,分析机动车与过街行人冲突情况;在Webster配时模型的基础上,提出叠加相位设计与人车冲突时空分离策略相结合的信号配时优化方法,并给出行人信号早启时间、人车绿时分离设置阈值的计算方法;运用VISSIM仿...     

A study of the environmental impacts of intelligent automated vehicle control at intersections via V2V and V2I communications

This article presents a novel intersection traffic management system for automated vehicles and quantifies its impact on fuel consumption and greenhouse gas emissions of CO₂ relative to traditional traffic signal and roundabout intersection control. The developed intelligent traffic management (ITM) techniques, which are based on a spatiotemporal reservation scheme, ensure that vehicles proceed through the intersection without colliding with other vehicles while at the same time reducing the intersection delay and environmental impacts. Specifically, the spatiotemporal reservation scheme provides each vehicle a collision-free path that is decomposed into a speed profile along with navigational instructions. The integration of the developed microscopic traffic simulator with instantaneous emission model, provides improved assessments of the environmental impact of traffic control strategies at intersections. The simulator architecture integrates several ITM algorithms, vehicle sensors, V2V/V2I communications, and emission and fuel consumption models. Each vehicle is modeled by an agent and each agent provides information depending on the specific vehicle sensors. The ITM system is supported by V2V and V2I communications, allowing the exchange of information among vehicles and infrastructure. The data include the estimated vehicle position and speed. Compared with traditional traffic management techniques, the simulation results prove that the proposed ITM system reduces CO₂ emissions significantly. The research also shows that these reductions are more significant when the traffic flow increases.     

Grace车队密度散布模型的更正及应用

首先剖析Grace的交叉口车队密度散布模型，发现其错误所在。进而研究车队散布中的密度变化规律，提出正确的密度散布模型。并且将该模型用来推导下游信号灯交叉口绿灯开始被截的车辆数的数学表达式，这个结果可用于相邻交叉口信号灯协调控制。     

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。     

基于车路协同环境的信号交叉口车速引导方法

针对现有的车速引导模型存在未综合考虑车辆跟驰行为、引导场景划分较粗略等问题，研究了4种基于车路协同环境下实时优化各车的车速引导模型。对车辆进行所属车辆列队划分，考虑车速引导影响对FVD跟驰模型进行改进。以车辆列队为引导单元，将车辆可能面临的交通状况细分为8种引导场景，以引导车辆不停车或少停车通过交叉口为目标，直接优化车辆加/减速度，建立车辆列队后车根据改进的跟驰模型计算目标跟驰加/减速度，并与头车组成列队以同一目标车速通过交叉口停车线的4种车速引导模型。以南昌市海棠北路/枫林西大街交叉口为例进行仿真验证，结果表明，所提出的车速引导模型能使车辆行程时间减少18.9%，最大排队长度减少58.8%，延误减少60.8%，燃油消耗减少36.4%，且适用于不同交通饱和状态，对提高信号交叉口通行效率和减少车辆燃油消耗有显著效果。      

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...