基于车速与信号协同优化的区域绿波协调控制模型

针对车路协同环境下的区域绿波协调控制问题，根据自动驾驶车辆车速可控的特点，提出利用绿波车速与信号配时的协同优化方法，建立一种区域绿波协调控制模型。模型在信号配时与相位相序优化的基础上，增加对路段绿波车速的优化，为车路协同环境下的自动驾驶车辆提供路段车速引导方案；通过扩大优化模型的可行解空间，以解决区域协调中相位差的设计问题；选取绿波带宽折减率与通行速度折减率的加权量作为模型评价指标，使得设计方案能够实现绿波带宽与通行速度的综合最优。算例结果分析表明：模型可以根据不同的绿波带宽权重系数，求解相应的绿波带宽与通行速度综合最优协调控制方案，其中绿波带宽最优方案的路网绿波带宽占比均值能够达到95%，明显优于TRANSYT模型的绿波协调优化效果。VISSIM仿真结果显示，与TRANSYT优化方案相比，所提模型方案能够减少干道平均停车次数39%，缩短交叉口平均延误时间10%，使区域交叉口的通行效率得到进一步提升。     

考虑上下游交叉口延误的干线公交优先模型

为克服干线绿波协调控制中上游交叉口公交优先控制策略对绿波协调方案和下游交叉口造成的影响,在单点公交优先控制策略的基础上提出了一种综合考虑上下游交叉口延误的干线公交优先模型。该模型以红灯早断、绿灯延长为基本策略,将相邻上下游交叉口车辆综合加权延误作为优化目标,保证上游交叉口公交优先通行的同时,尽量减少对干线绿波协调控制和下游交叉口的影响,并以干线协调控制下的上下游交叉口为例,利用Vissim进行仿真验证。结果表明:该模型与单点公交优先相比虽然上游交叉口车均延误增加2.6%,但下游交叉口车均延误降低10%,上下游交叉口综合车均延误降低3.7%,一定程度上缓解了公交优先控制策略与绿波协调控制策略互相冲突的问题。     

基于时间距离轨迹的公交站点布设优化

在干线协调控制背景下,公交车辆因进站停靠无法实现绿波协调控制,公交站的位置对公交运行有较大的影响,干线协调控制与公交运行之间存在较大的不协调。拟通过调整公交站的位置,在一定程度上缓解二者之间的不协调。以时间距离图及绿波带为基础,绘制公交车流在路段上的行驶轨迹分布范围,分析了路段上无公交站、设有一个公交站和路段上成对布设公交站的公交车流行驶轨迹分布情况;考虑公交站和交叉口的组合,分析了公交站间交叉口群的公交车流行驶轨迹分布,以及成对布设与交叉口群的组合方案,得到二者交错衔接的理想布设方案。针对新建道路工程,提出基于理想布设方案的整体优化方法;针对改建道路工程,提出公交站位置局部微调优化方法。以武汉市雄楚大道为背景构建仿真模型,在现状方案的基础上建立优化方案和理想方案,运行多次仿真试验;统计公交车流的延误指标,优化方案的公交延误比现状方案降低了3.8%,优化效果不明显,但是理想方案的公交延误比现状方案降低了22%,具有很好的优化效果。仿真结果表明该方法具有一定的理论意义和实用价值,不足之处在于理想布设方案受道路条件约束,具有一定的局限性。     

进口单独放行方式下的干道双向绿波协调控制数解算法

针对进口单独放行的信号相位设计方式,遵循绿波带宽度最大化设计理念,利用干道协调控制中的时距分析方法,给出了进口单独放行方式下的干道双向绿波协调控制数解算法。通过优化选取各交叉口的信号相序组合,确定干道交叉口的最佳公共信号周期与相位差取值,计算不同干道行驶方向的绿波带宽度。分析结果表明:与进口对称放行方式下的数解算法相比,进口单独放行方式下的数解算法能使理想交叉口间距取值具有更大的选取空间,更适合于对交叉口间距不齐的多个干道交叉口进行绿波协调控制;进口单独放行方式下的干道双向绿波协调控制方法能够获得较好的控制效果,特别是对于交叉口间距参差不齐的干道交通条件同样具有较强的适应性。     

缓解大型活动拥堵的城市干线交通协调控制

为缓解大型活动交通拥堵,针对活动期间拥堵演化特征以及交通需求和道路时空资源的耦合关系,研究以精细化管控为导向的、基于红波和绿波理念的干线协调控制系统方法.面向大型活动期间的线拥堵和辅助局域网络拥堵疏解的要求,构建干线协调控制的基本框架,进而确定决策交叉口,采用图解法分情况研究了红波协调控制相位差和绿波协调控制相位差的确定,给出了计算模型.结合2个真实路段采集的交通数据,对提出的方法和模型进行了仿真测试.结果表明,基于红波、绿波理念的干线协调控制可有效均分交通压力,瓶颈交叉口拥堵状况得到缓解,平均排队长度相比现状方案降幅分别为72%和70%;整个干线交通流有序性得以增强,车辆通过流量相比现状方案增幅分别为19%和22%.所提方法在现有交通设施条件下,协调优化道路交通系统的时空要素,有利于提升大型活动期间路网运行效率、改善活动参与者和居民出行品质.      

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。     

绿灯终点型双向绿波协调控制数解算法

根据绿灯终点型绿波带设计需求，在绿灯中心点型双向绿波协调设计数解算法的基础上，建立一种绿灯终点型双向绿波协调控制数解算法。首先，针对上游交叉口协调相位绿灯时间短于、长于下游交叉口协调相位绿灯时间的2种情形，利用车辆行驶轨迹图对比分析绿灯终点型绿波协调控制方法的优势；然后，推导出理想交叉口间距的计算公式，分析中间交叉口的相位差调整方法，并给出中间交叉口偏移绿信比的计算公式，实现干道公共信号周期、交叉口相位相序以及相位差的组合优化，完成面向绿灯终点的双向绿波协调控制设计；最后，通过算例分析对比绿灯起点型、绿灯中心点型和绿灯终点型3种绿波带设计方案，仿真验证不同双向绿波带设计方案的协调控制效益。研究结果表明：在协调方向绿灯尾时仍有车辆通过交叉口的场景下，尽管绿灯起点型、绿灯中心点型和绿灯终点型3种绿波带设计方案的绿波带宽度相等，但在减少整个受协调车队延误时间方面，绿灯终点型双向绿波带设计方案的协调控制效益最为突出，与绿灯起点型和绿灯中心点型方案相比，绿灯终点型方案使协调车队的双向平均延误时间分别减少了44.5%与15.9%；绿灯终点型绿波带设计方法能够保证队尾车辆顺利通过下游交叉口，在提高协调车队整体服务水平方面具有重要作用。     

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。     

面向协调路径集与双环结构的区域绿波控制模型

考虑到区域内交叉口之间的方向性协调控制需求，以协调路径集作为区域绿波控制对象，针对双环相位结构建立一种区域绿波协调控制模型。通过对协调路径链、协调路径进行特征表述，结合协调路径的相交情况，分析在进行区域绿波协调控制设计时，不同类型的交叉口协调相位时间基点约束条件；在初选协调路径集的基础上，通过分析公共信号周期、相位时间、相位结构、相位差等优化变量之间的约束条件，以所有满足协调控制设计的协调路径总流量最大为优化目标，建立面向协调路径集与双环结构的区域绿波控制模型，实现对区域绿波协调控制参数的综合优化。模型通过引入协调路径决策变量以及设置交叉口协调相位基点最大允许偏移时间，保证通过区域协调路径集再优选后，纳入最终协调路径集的各协调路径上下游交叉口的协调相位基点受到最大允许偏移时间约束，以获得理想的绿波协调控制效果。算例仿真试验结果表明：与Synchro软件的单点优化和区域协调信号配时设计方案相比，所提模型方案的协调路径集平均延误时间分别减少了35.5%和18.1%，平均停车次数分别减少了74.1%和63.8%，所提模型方案的整个路网平均停车次数分别减少了38.9%和25.1%，可见所提模型能够最大限度地保证区域内协调路径集的绿波协调控制效果，在减少区域停车次数方面效果显著。     

单个交叉口定时信号控制优化模型与算法研究

讨论了单个交叉口定时控制的周期和绿信比优化模型,并且在一般条件下满足交叉口控制条件的约束,提出应用遗传算法解出该非线性模型的最优解或近似最优解,并结合实际交叉口控制案例对模型和算法进行了验证,结果表明模型和算法具有适用性。     

考虑关键路径序列的干道绿波协调控制方法

传统的干道协调控制通常以协调流向的通行效率最大为优化目标, 然而在实际交通流量波动环境中, 某些非协调流向的流量在局部时段可能与协调流向相当甚至高于协调流向, 从而影响干道运行的总体效率。为了解决该问题, 研究了1种考虑关键路径序列的干道绿波协调控制方法。利用路径流量分担率和行程时间指数计算各车辆行驶路径的重要度, 并采用系统聚类算法识别干道上车辆行驶的关键路径。在此基础上构建了考虑关键路径序列的干道绿波协调控制模型: 考虑了各关键路径信号相位之间的协调关系, 设置了含0-1变量的信号相位矩阵, 并构建模型的基础约束条件; 设置了无效带宽存在性判断变量和最小重要度判断变量, 构建了考虑路径重要度的绿波带宽分配策略, 确保绿波带宽优先分配给重要度大的关键路径; 以关键路径序列加权绿波带宽总和最大为优化目标, 构建了模型的目标函数。利用VISSIM仿真软件搭建仿真环境, 以武汉市中山路4处交叉口组成的干道路段为例进行仿真验证。实验结果表明: 相比于传统的干道绿波协调控制方法和干道多路径绿波协调控制方法, 考虑关键路径序列的干道绿波协调控制方法使得干道平均延误分别减少了12.1%和4.8%, 平均排队长度分别减少了13.6%和7.6%, 平均停车次数分别下降了16.5%和9.7%;各关键路径的车辆平均行程时间与自身重要度大小严格成反比, 避免了绿波带宽的浪费。      

车联网环境下连续信号交叉口协同控制模型

智能交通信号控制技术是缓解交通拥堵的重要手段。为解决传统强化学习算法应用到连续多交叉口的局限性问题，提出了1种基于上下层神经网络的连续交叉口交通信号控制模型。控制模型由下层神经网络选择当前状态下可能的最优控制策略，再由上层神经网络根据各路口车均延误进行二次调整，将最终控制策略应用到多交叉口的相位配时中。以典型连续3个交叉口为例，通过SUMO仿真平台对模型进行仿真验证，在低与高饱和度下，该控制模型分别对车均延误降低了23.6%和26%，排队长度降低了8.4%和9.4%。实验数据表明，该模型可有效提高连续交叉口道路通行能力，为缓解城市交通拥堵提供了1种有效技术手段。      

两相邻路口的混杂自动机模型与信号协调控制

根据相邻路口间相互关系,利用混杂自动机模型确定路口信号周期单元,利用道路车流运动模型确定2个相邻交通路口的信号延时参数,并提出了一种信号灯优化策略来协调控制方案。在此条件下,寻找相邻交叉路口信号灯在动态交通条件下的最佳轮转次序和最佳绿信比。仿真结果表明,此方法可以有效地协调两相邻路口的红绿灯信号,在一定程度上改善了路段的交通状况。     

面向常发性拥堵的城市局部路网韧性评价与分析

为了缓解常发性拥堵引发的城市噪音、能源消耗和废气排放等现状，使路网具备抵抗短时激增车流的能力，将宏观基本图与性能时序图相结合对局部路网韧性进行量化。针对韧性属性，提出了鲁棒性指数、损失面积比、恢复快速性、流量峰值差和临界密度差5个评价指标，反映路网在性能下降、稳定和恢复阶段的韧性特性。引入Kendall法检验各赋权法的一致性，并基于CRITIC的多属性决策获得最优权重，提出了组合赋权和模糊逻辑相结合的城市局部路网韧性综合评价方法，结合李克特量表法对综合韧性得分进行分级。以长沙市局部路网为例，设计韧性改善方案，针对常发性拥堵路段上的交叉口进行信号配时优化；通过VISSIM仿真并计算得到各方案的韧性指标。研究结果显示:方案8，10和16能有效吸收短时激增车流并与路网状态相适应，所有方案中方案14的韧性得分最高。局部路网综合韧性得分具有随着优化路段数的增加而增长的趋势，但并不是线性递增。信号配时优化改变了路网韧性属性，并降低了部分路段对城市局部路网韧性的负面影响。不同评价方法下的韧性得分排名存在部分差异，流量峰值差与脆弱性指数的评价排名更接近，损失面积比与韧性损失值的评价排名更接近。所提出的指标不局限于单一韧性属性，能更全面、客观地反映干扰下路网的响应过程。      

考虑交通流动态分布的路面养护最优决策

为准确评估路面全生命周期用户成本以制定最优的路面养护策略，提出基于网络交通流均衡条件的路面养护多阶段动态规划最优决策模型，通过交通流的仿真，模拟用户成本在路网养护前、后以及生命周期各阶段的动态变化，并设计启发式迭代算法。该模型最小化的目标函数包含了生命周期的养护成本、用户成本、路面资产残值，约束条件主要由交通量守恒约束条件、养护预算约束、路面性能转移约束等。为证明模型的有效性，以一个具有10个路段的路网为例，采用提出的模型制定该路网连续20年的最优养护决策方案。研究结果表明：在每年养护预算确定的情况下，全生命周期路面养护最优方案是一个决策方案组合，该最优方案可以提高养护资金使用效率并有效减少用户成本，可为路面养护管理提供决策支持。通过对不同养护约束情景下的全生命周期用户成本的模拟表明：随着养护预算的增加，养护路段增多，导致用户成本增加，使养护成本的边际收益发生递减，养护预算在理论上具有一个最优值，并且养护成本收益与养护预算之间呈倒U形函数关系。     

混合交通流条件下信号交叉口配时优化设计

运用适合我国交通现况的定时式线控制系统理论,以南京市太平北路与珠江路的十字典型交叉口为例,在现状调查分析的基础之上,具体分析信号配时方案产生的全过程,提出使城市道路单点信号控制交叉口的时空资源得到综合优化利用的交叉口车道渠化方法和信号配时优化方法,并应用交通仿真模拟软件VISSIM对交叉口配时方案进行模拟,将优化方案与现状进行比较,取得了较好的结果。     

基于混行跟驰仿真的CAV专用进口道动态设置方法

信号交叉口是影响交通系统运行安全和效率的关键。在国家新基建战略的提出以及车路协同技术不断发展的环境下,合理设置网联自动驾驶车辆(Connected and Autonomous Vehicle,CAV)专用进口道,对信号交叉口进口道处不同网联类型的车辆进行科学的交通组织,能够提高交叉口的通行能力,降低行车延误,促进城市交通系统效率与安全的双提升。建立协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)车辆跟驰模型和GM (General Motor)模型分别描述混行环境下网联车辆与非网联车的跟驰行为,以提高进口道通行能力、降低延误和油耗为优化目标,采取敏感度分析方法,提出不同CAV比例、进口道车道数、交通量和信号配时方案组合情况下CAV专用进口道的动态设置条件,适用于不同交通状况的信号交叉口,具有较强的普适性。数值仿真结果表明：采用该方法设置CAV专用进口道能够提高混行信号交叉口的通行能力、降低延误和车均油耗;在实际应用时,可视交叉口类型和交通智能化程度灵活选取CAV专用进口道设置方式,为混行交通流环境下交叉口进口道的交通组织优化提供理论依据和模型支持,对车路协同系统的相关研究具有参考意义。