基于MP与MPC相结合的分布式交通信号控制研究

依托于最大压(Max Pressure，MP)分布式信号控制特性，结合已建立的实时排队长度预测模型，利用模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)进一步对修正后的MP信号控制策略进行滚动反馈优化，提出了MP与MPC相结合的分布式信号控制方法. 模型验证结果表明：MPC嵌入后，MP优化下的交叉口1 与交叉口2 延误分别降低了13.47%、15.35%；并且对比了MP绿信比分配权重修正前后对控制输出的影响，优化后瓶颈路段的车道4 和车道10 的排队溢出次数分别从6 次和9 次降低为0 次，表明修正后MP绿信比权重的信号优化策略更能有效防止排队溢出现象的发生.     

城市主干道短距离交叉口信号优化控制

城市主干道短距离交叉口受进口道长度的限制,交通流量较大,极易发生排队溢出,影响上游路口的车辆通行。为解决该问题,本研究先从交通流运行和交通波传播的角度,分析短距离进口道内车辆的到达-排队-驶离过程,提出滞留排队的概念,得到最长排队长度和滞留排队长度的计算公式。再据此和车辆到达驶离图得到短距离进口道单位周期延误的计算方法,修正交叉口车均延误公式。然后,以交叉口车均延误最小化为目标,以短距离车道的最长排队长度不得超过路段长度和禁止车辆二次排队为约束条件,建立短距离交叉口信号控制的优化模型,并运用遗传算法对其进行求解。最后,以长沙市的芙蓉路-城南路交叉口为例,利用Vissim 4.3软件进行信号优化前后的仿真验证。研究结果表明:与优化前的信号控制方案相比,优化后的信号控制方案的短距离进口道平均排队长度降低了36.9%,最长排队长度减少了42.3%,交叉口车均停车次数减少了21.2%,通过车辆数增加了19.8%,车均延误减少了25.8%,这些结果均说明该方案能有效地防止短距离进口道的排队溢出,大幅提高短距离交叉口的通行能力与运行效率。     

城市快速路出口匝道与衔接交叉口整合控制模型

在出口匝道接地点离交叉口距离过近时,为避免衔接交叉口的拥堵易回溢至快速路主线,提出一种基于CTM的出口匝道与衔接交叉口的整合控制模型.在出口匝道存在超长排队时,实行相位绿灯延长或绿灯提前激活策略;在出口匝道不存在超长排队时,以出口匝道及衔接信号控制交叉口车均延误最小化为目标,实时动态优化衔接交叉口的周期和绿信比.仿真结果表明:采用控制模型,衔接交叉口的车均延误虽然增加了1.74 s,但可以将排队长度从大于200 m降低至160 m以内,从而可以保证出口匝道衔接区域和快速路主线的畅通,因此,控制策略及模型合理有效.     

连续流交叉口信号协调配时及延误模型

为解决连续流交叉口车辆二次停车和人-车冲突问题,防止车辆排队溢出,破坏连续流交叉口稳定的运行状态,提出人-车信号协调优化控制策略。根据车流运行特征,协调主、预信号配时,优化信号相位方案,以车均延误最小为目标构建优化模型。通过仿真对比可知,本文模型计算的延误估算误差在5%以内。通过案例分析可知,现状方案南北左转车均延误和车均停车次数是优化方案的2倍以上,说明优化方案避免了车辆二次停车;从整个交叉口来看,优化方案在两种流量场景下,车均延误分别降低了27.8%、18.5%,提升了交叉口运行效率。通过敏感性分析发现,移位左转车道长度在100 m时,综合效益最佳。     

快速路出口衔接过饱和交叉口信号优化方法

高峰时段内,由于地面道路通行能力有限,城市快速路出口匝道方向的地面交通流处于过饱和状态,甚至造成出口匝道排队溢出,引起更严重的交通拥堵.针对该问题,本研究在出口匝道和地面交叉口设置控制信号,考虑地面道路的通行能力约束,建立双层规划模型优化该区域交叉口的控制信号方案.该模型的下层规划,优化每个独立交叉口的控制信号方案;模型上层规划,优化区域交叉口的控制策略.利用乌鲁木齐外环快速路出口匝道区域作为实例,结合Vissim仿真对该模型进行验证与分析.结果表明,双层规划模型的优化方案可以有效地防止快速路出口排队溢出及主线拥堵,在提升该区域的整体系统性能上比运用常规非线性规划模型的效果更好.     

车道拥挤收费与信号控制组合优化模型研究

针对设有公交专用车道的城市道路,在交通过饱和状态下,为了提高道路通行能力,允许私家车以收费模式驶入公交专用车道,以缓解交通拥堵,建立了基于拥挤收费的交通信号控制模型.模型分别计算了公交专用车道和常规车道的行程时间及相关联交叉口的总体排队延误,另外对公交专用车道设置了临界密度.该模型在保证公交专用车道交通服务水平的前提下使所有车道的路段行程时间及路口排队时间最短,最后利用遗传算法和VISSIM仿真相结合对模型进行了求解.结果显示了车道拥挤收费和信号控制组合优化模型的有效性,降低了车辆排队延误.     

快速路入口匝道与衔接交叉口联动控制优化方法

针对快速路入口匝道排队过长造成的衔接交叉口拥堵问题,提出一种快速路入口匝道和 衔接交叉口的联动控制优化方法。分析快速路匝道排队溢出原因,提出基于交通状态估计的入 口匝道与衔接交叉口的系统控制策略。以系统总通行能力最大和交叉口车均延误最小为目标, 分别从交叉口配时、匝道调节及系统排队长度这3个方面构建系统约束方程,建立快速路入口匝 道与衔接交叉口联动控制优化模型。以长春市典型快速路和交叉口为例,选择高峰、平峰、低峰 这3种交通环境,运用联动控制优化模型进行仿真实验,并与经典优化方法进行对比分析,结果表 明：不同交通状况下,联动控制优化方法均能有效改善快速路运行情况,缓解入口匝道排队溢出 现象,同时提高衔接交叉口通行效率;特别是在饱和交通状态下,联动控制优化方法表现优异,系 统整体车均延误和排队长度分别降低了5.67%和19.25%。     

城市路网交通信号分层分布式控制优化方法

合理的路网信号控制结构对提高城市交通系统运行效率具有重要意义。本文综合考虑控制性能和计算效率，提出路网交通信号分层分布式控制策略。在控制结构的上层，引入Webster方法实时更新周期时长；在下层，采用模型预测控制方法对交叉口信号控制问题进行建模，以最小化路网总行程时间为目标，优化信号绿信比，并利用Benders分解思路将原问题分解为独立求解单个交叉口信号配时方案的Primal问题和协调优化相邻交叉口间交通流交互作用的Master问题，提出一种基于Benders分解的双层分布式信号协调控制优化算法。通过两个实际路网算例，验证分层分布式控制方法的有效性，并针对上下层的控制方法设置对比实验。结果表明：基于Benders分解的分布式模型预测控制方法能求得接近集中式控制的整体优化解(路网总行程时间差在3.26%以下)，在兼顾控制性能的同时大幅提升优化求解的计算效率，相较于集中式控制，计算时间减少的幅度可达42.24%；在不同实验场景下，分布式控制方法的控制效果均优于定时控制方法，路网总行程时间约减少9.40%～20.57%。此外，在上层加入周期优化层后，分层控制方法能根据实时交通状态调整周期时长...     

设置移位左转车道的不对称交通流信号交叉口设计及优化

常规的交通组织与信号控制处理不对称车流的效果不理想,会造成时间、道路资源的浪费。针对不对称交通流的特性,提出设置移位左转车道的不对称交通流交叉口信号控制优化方案。以直行车辆与左转车辆车均延误最小为目标,建立移位左转交叉口时空资源优化模型与车辆延误计算模型。通过研究交通流不对称程度与移位左转车道长度对左转车辆延误的影响,分析不对称交通流移位左转车道的适应性,并运用VISSIM软件对优化方案进行仿真。仿真结果表明：与交叉口现状相比,方案2中车辆的平均延误降低27.2%,平均排队长度降低29.7%,说明移位左转车道信号控制方案能极大改善不对称交通流交叉口车辆的行驶情况,减少车均延误时间,使车流运行更加顺畅。     

基于可逆车道的菱形立交交叉口车道设置及信号配时优化研究

菱形立交是城市内常用的一种立交形式,为了提升衔接区域交叉口的服务水平,本文提出了基于可逆车道的菱形立交交叉口信号控制方法。可逆车道应用于内部路段所有左转车道和地面出口道的部分车道上,传统控制方法无法保证内部路段车辆被及时清空,安全隐患较大,故在分析了可逆车道设置条件,考虑内部路段的及时清空和排队长度控制以及相位方案等约束条件后建立了配时优化模型,并基于枚举法求解。通过算例及VISSIM仿真对方法的可行性和效果进行了验证,并与传统信号控制方法进行对比,发现前者在高水平交通需求下显著优于后者,使得交叉口处总通过车辆数提高了2.0%,车均延误降低了52.7%,出口匝道上的最大排队长度减少了62%以上。     

潮汐车道清空与下游路口信号协同控制方法研究

潮汐车道快速清空成为提高潮汐车道控制效率的关键环节之一.本文基于集散波理论对直行绿灯汇入及左转绿灯汇入流量差异状态下的车辆运行状态进行分析,构建车道指示灯切换时刻、下游路口信号控制和相应车道清空时间之间的关系模型,在此基础上设计车道清空时间与下游路口车均延误的组合优化模型.最后,利用遗传算法对目标函数进行最优求解,获取最优组合控制方案.经仿真验证发现,不同的车道指示灯变换时刻及下游信号优先策略,会提高车道的清空速率,但也会带来下游路口车均延误的增加,而通过组合优化模型的筛选可以寻找出平衡两者需求的最佳控制策略.     

信号交叉口不对称交通流的优化控制方法

为了改善不对称交通流导致信号交叉口进口道交通负荷分布不均、通行效率低下的问题,对交叉口对向交通流的分布形式及其适用的相位方案进行了分析,建立了信号周期动态相位方案的生成规则,并以综合交通效益最大为目标建立了交叉口不对称交通流的动态相位信号控制参数优化模型,并给出了其求解算法.分析了不对称系数大小及其阈值变化、不对称信号周期比例对优化方法的影响,并以哈尔滨市红旗大街-淮河路交叉口为例,VISSIM仿真结果显示,采用动态相位优化方法后,该交叉口的车均延误、平均排队长度和停车率等评价指标下降了27.8%以上,验证了动态相位优化方法的有效性.该方法能减少直行车流的停车等待时间、避免交叉口部分进口方向时空资源的空耗,有利于信号交叉口通行效益的提升.     

信号控制四路环形交叉口多进口协同放行方法

针对传统信号控制四路环形交叉口环内车辆间相互干扰对交叉口延误的影响,本文提出 1种多进口协同放行的信号控制方法.首先,基于元胞传输模型建立能描述信号控制四路环形交叉口车流特征的动力学模型;并在此基础之上,以交叉口延误为优化目标、配时参数为目标变量建立信号优化模型,利用遗传算法进行优化,从而得到信号配时参数;最后,通过实例对模型的适用性进行分析.结果表明：四路环形交叉口进口道左直车道分流渠化后,环道车辆延误明显降低;与单进口轮流放行方式相比,本文提出的多进口协同放行控制方法能有效降低交叉口车辆延误.     

交通瓶颈影响下两路口联动控制策略研究

针对路口相关路段发生交通瓶颈现象时原有的路口控制策略很可能会产生溢流现象这一问题,在对周期内路段车流组成进行分析的基础上,应用集散波理论,分析了不同交通瓶颈通行能力对上游路口到交通瓶颈间路段溢流现象产生的影响,针对该影响,分析了交通瓶颈下游路口为消除该影响在控制策略方面应进行的调整,分析结果表明,下游路口某车道排队长度延伸至交通瓶颈可能会使上游路口在同样信号控制策略下从非溢流状态变为溢流状态;一方面可通过延长下游路口相关相位的绿灯时间来避免上游路口到交通瓶颈间路段的溢流现象;另一方面可以通过改变上下游路口间的相位差来消除交通瓶颈通行能力改变对溢流现象产生的影响.     

交通区域协调控制模型

为提高交通区域通行效率,构建了适合各种交通状态的区域信号协调控制模型。以区域交叉口总排队车辆数与区域总输出车辆数为性能指标,考虑上下周期排队车辆数、各交叉口闭合相位差与有效绿灯时间,建立了模型约束条件。利用粒子群算法初始化有效绿灯时间与滞留车辆数,采用模拟退火算法求解有效绿灯时间,在不同交通状态下对某交叉口路网进行了仿真。仿真结果表明:与TRANSYT模型相比,低峰时段,采用本文模型排队车辆数降低了5.3%,区域总输出车辆数增加了5.5%;高峰时段,排队车辆数降低了17.9%,区域总输出车辆数增加了33.4%。交叉口的信号方案优化结果表明:与TRANSYT模型相比,采用本文模型时,各车道饱和度均降低,平均为1.8%,最大排队车辆数平均降低2.9%。分析结果表明:本文模型在各种交通状态下都是有效的,特别是在高峰状态下,控制效果优于TRANSYT模型。     

Mechanism Analysis and Implementation Framework for Traffic Signal Control of Over-saturated Intersection Group

For the purpose of improving traffic signal control at over-saturated intersection group, the traffic control targets and structure were optimized, and an implementation framework was proposed. After analyzing the congestion inducements, the maximum throughput and minimum average queue of critical route were selected as the optimization objectives. The critical route layer was added to optimize control structure. The implementation framework for signal timing plan optimization was also put forward considering the over-saturated traffic control characters. Detailed optimization measures for each layer were also discussed. Simulations with the traffic data of an intersection group at Guangzhou Road in Nanjing were selected to compare the performance of dynamic timing plan using proposed strategy and static timing plan. The results indicated the proposed method can be used to optimize traffic signal control of over-saturated intersections group with satisfying robustness and reliability.