城市干道的多时段协调控制优化

为提高城市干道协调控制的稳定性和效益费用比,将其与多时段控制有机结合,形成符合我国国情的高效控制策略,首先基于干道交叉口关联度模型确定了协调控制的边界范围,进而对需要进行协调的各交叉口历史交通流量进行了混合聚类分析,得到了相应的多时段控制方案。在此基础上,以干道带宽最大和沿线交叉口车均延误最小为目标,建立了干道多时段协调控制的优化模型,并采用多目标粒子群算法对其进行求解,确定了干道协调控制下各交叉口多时段控制方案的最佳切换时刻。仿真结果表明:本研究的控制模型与现状控制方案、交叉口混合聚类模型相比,沿线交叉口车均延误分别降低12.63%和2.45%,干道多时段的总方案带宽分别增加0.98%和23.51%,且方案切换对交通流造成的扰动的可能性降到了最小。     

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.      

连续流交叉口通行效率仿真分析

针对现有交叉口左转车流与直行车流交叉冲突,车流不连续,运行效率低的问题,选取国外多个城市已经投入使用并取得良好效果的连续流交叉口为分析研究对象。介绍了连续流交叉口基本概念,在连续流交叉口车流组织和信号控制方案的基础上,利用Vissim仿真软件构建了连续流交叉口运行仿真模型,选取车辆延误为评价指标,对连续流交叉口的通行效率进行了评价分析。研究结果表明:随着连续流交叉口主信号交叉口与预信号交叉口间距的不断增加,左转车辆的平均延误没有明显变化,而直行车辆的车均延误缓慢增加;连续流交叉口左转车辆的车均延误较传统交叉口减少25%;直行车辆的车均延误较传统交叉口减少45%。     

基于相序变化的单交叉口信号方案过渡优化算法

对于单点交叉口提出了基于相序变化的单点过渡优化算法.首先,建立相序冲突判定模型,判断新旧相位方案相序间的冲突关系,讨论过渡起始时刻的位置;进而,以交叉口排队长度均衡为理念,建立目标函数与排队模型;最后,提出不同相序冲突状况下的过渡周期计算模型,使过渡方案能满足实际交叉口需求,增强整体信号控制效果.仿真对比分析显示,本文算法与经Immediate法、Two-cycle算法相比,交叉口车均延误与平均排队长度均明显降低,有利于过渡周期控制效果与快速性的改善.     

考虑可变导向车道的干线交叉口协调控制方法

为降低包含可变导向车道的干线车均延误与排队长度,提出一种考虑可变导向车道的干线交通信号协调控制方法.以直行和左转方向交通流饱和度为判别标准,对可变导向车道行车方向是否切换进行判断;基于车道行车方向切换对干线交通流造成的影响,对HCM模型中的通行能力、均匀延误修正系数等参数进行修正,建立考虑可变导向车道的干线协调控制信号配时优化模型.以武汉市青年路3个交叉口为例,利用Vissim软件进行仿真实验,结果表明,相比于现状情况下的单点信号配时方案,模型能够有效降低干线车均延误与排队长度,可变导向车道所在的信号交叉口进口道优化效果最为明显,车均延误减少16.87%,直行和左转方向排队长度分别降低17.95% 和23.24%,证明模型对包含可变导向车道的干线协调控制交叉口运行具有积极影响.      

基于逻辑规则的拥挤干道公交优先控制策略

中国大城市的干道交通流存在很多特点使得全路径应用单一公交优先策略效益很难得到充分发挥.针对干道交通流特点,提出了3步多层公交优先策略选择法:①定性判断各交叉口可能的优先策略;②设计基于逻辑规则的多约束公交优先组合策略集;③多优选方案仿真分析.中国上海市的成都路公交优先示范工程测试结果表明,3步多层公交优先策略选择法可以较好的适应复杂的公交优先请求场景;条件优先的36路公交车和主干道社会车辆车均延误分别降低12.7%和3.31%;路网整体的效益基本不变.      

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。     

动态出口左转车道控制优化研究

动态出口左转车道（EFL）设计现已应用于多个城市道路交叉口。为解决该类交叉口在实际运行过程中存在的车流量在各个车道分布不均衡,逆流车道在某些时段使用率不高等问题,对现有的EFL设计及交通控制方案进行改进。研究1种非常规的EFL设计以及动态出口车道灵活配置的方法,并对改进后动态出口左转车道的长度进行优化。基于此,研究驱动信号控制策略,建立非常规EFL设计下的延误计算模型。运用Matlab对常规、改进前、改进后这3种情况下的交叉口信号控制方案进行了对比分析。结果表明:当左转流量为400辆/h时常规交叉口最佳信号周期为130 s,同周期下改进后与常规、改进前的交叉口相比车均延误下降比例分别为39.68%和29.48%;当左转流量为500辆/h时常规交叉口最佳周期为174 s,同周期下改进后较常规、改进前的交叉口车均延误下降比例分别为12.90%和12.02%。      

考虑次干道出入车辆和行人过街影响的单向绿波相位差优化方法

针对干线绿波控制效果受次干道出入车辆和行人过街影响的实际问题,首先在分析上游次干道左转车辆对下游交叉口排队影响的基础上,将两相位排队消散模型改进为4相位排队消散模型,并依据该模型对传统相位差进行优化;然后分析行人过街对干线车流的影响,采用加权平均法计算车辆因行人过街干扰而产生的时间延误,并据此进一步对相位差进行优化.最后利用Vissim进行仿真验证,结果表明:改进的绿波控制优化方法和传统绿波控制方法相比,车均延误减少了20.5%,车均停车时间减少了17.6%,车均停车次数减少了8.7%,平均行程时间减少了3.5 s,对于干线绿波协调具有更好的控制效果.      

短连线交叉口信号配时优化

针对短连线交叉口传统信号配时方案造成的车队排队超过路段距离,车流上溯诱发上游交叉口拥堵的难题,建立信号周期模型。以通行能力与车均延误时间之比最小为目标函数,以进口道车辆最大排队长度为约束条件,利用线性规划理论求解,同时探讨模型成立条件。最后选取实例,进行验证,仿真后提出相应评价参数与传统信号配时方案进行对比。     

城市货运干道信号优化控制及其评价方法

以城市货运干道为研究对象,量化分析车型构成、机动性能差异及不同饱和度条件下交通组成对车流延误的影响,从黄灯时间、信号周期与相位差等参数优化入手,获得了适合城市货运干道的交通信号控制方法;以辽宁省大连市辽河西路作为城市货运干道实证分析对象,选取车均延误、排队长度、停车次数、空气污染指数作为评价指标向量,对VISSIM仿真手段所获取的基础数据以隶属度方式进行量纲一化处理,考虑评价参数的内在变化规律及交通流量、不同交叉口特征,以置信度准则确定控制效果的评价向量。分析结果表明:采用优化后的信号配时方案能有效降低车均延误,提高车辆出行效率。     

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。     

面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法

针对高峰期间常发拥堵点交通需求过大、周边关联交叉口交通负荷分布不均的问题, 研究了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。通过对常发拥堵点的车流进行追踪与溯源, 根据交通量关联度确定信号协调控制范围, 然后基于路径的流量分担率与路段平均饱和度识别信号协调控制范围内的关键路径。基于宏观基本图理论, 考虑关键路径对路网运行状态的影响, 构建边界交叉口主动限流控制模型。同时, 利用元胞传输模型描述交叉口与路段的运行状态, 以关键路径通行能力最大化和进口道饱和度均衡化为信号控制优化目标, 建立均衡路网交通负荷的信号控制优化模型。以武汉市发展大道青年路交叉口以及关联交叉口为对象开展仿真实验, 结果表明: 虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8 s, 但常发拥堵点的车均延误降低了15.7 s; 关键路径的车均延误减少72.6 s, 平均排队长度减少26.1 m。并且, 路网整体的车均延误降低14.7%, 驶出车辆数增加26.6%, 验证了提出方法缓解常发拥堵点交通拥堵的有效性。      

基于时空特征的干线协调控制子区划分方法

为应对干线交通流的时变性和空间分布差异性给干线协调控制带来的影响,本文提出了基于交通流时空特征的干线协调控制子区划分方法。首先利用交通流时间相关系数和空间相关系数分析交通流的时空特征,根据交通流的时间特征改进时段划分方法；引入相邻交叉口关联系数和不停车通过路口车辆数作为子区划分指标,在时段划分的结果上进行子区划分,以交通流的空间特征改进合并指数法,实现子区划分方案的更新。最后,以玉林市民主路为例验证该方法,结果显示,干线系统的总延误、车均停车延误时间、车均停车次数分别降低了19.5%、23.4%、16.7%,该方法比传统交通控制时段划分方法更能适应交通流的时空变化趋势,显著提高干线交通流的运行效率。     

移位左转交叉口自适应信号控制方法和模型

为降低交通流波动对移位左转交叉口通行效率与安全的不利影响,运用模型预测控制(MPC)确定移位左转交叉口自适应信号控制方法的基本框架,在此基础上,实时检测交通数据进行短时交通预测,并对累计到达消散理论进行拓展,将交通流划分为随机到达流、车辆到达受预信号影响的约束流以及车辆到达受主信号多流向影响的组合流3种类型,根据上、下游行程时间差对主、预信号间不同车流的到达情况进行推演,提出面向移位左转交叉口的延误估算方法,建立以延误最小为目标的自适应信号配时优化模型.运用Vissim软件进行仿真验证,结果表明,与定时控制相比,文中方法可使移位左转交叉口的车均延误、停车次数、排队长度分别下降31.2%,7.4%,47.8%.      

环形信号交叉口进口道车辆延误及排队长度计算方法

由于环形交叉口的内在局限性,大部分的环形交叉口被改造为常规的十字交叉口或环形信号交叉口。为了分析环形交叉口内车流特性,针对环形信号控制交叉口,分析影响进口车道车辆延误与排队长度的因素;提出了2种常见的环形交叉口相位方案;根据每种相位方案,考虑进口道内侧车道、外侧车道的交通流运行特性,分别建立了进口道内侧车道、外侧车道的车均延误和平均排队长度计算模型,将内外侧车道区别考虑有利于分析环形交叉口内车流特性。以哈尔滨市博物馆环形交叉口为例,通过Vissim仿真软件得到仿真结果,将模型计算结果与仿真输出结果进行比较,结果基本相近。论证了模型的准确性。     

考虑动态车速的双周期干线信号协调控制多目标优化

干线协调控制通常以干线方向通行效率最大为目标，导致一些小型交叉口次路方向延误较大。针对该问题，基于车路协同环境，研究了车速引导下的双周期干线多目标优化方法。针对上游交叉口饱和交通流与非饱和交通流2种情况，提出了考虑排队消散和相位差的动态车速引导模型。以干线延误、通行能力、停车次数，双周期交叉口次路方向延误为优化目标，构建了车速引导下的双周期干线多目标优化模型，采用遗传算法对模型进行求解。基于COM接口，采用Python和Vissim搭建车路协同仿真环境，以北京市两广路的3个路口为例进行仿真验证。对比了本文模型与原配时方案、无车速引导下双周期干线多目标优化模型的效果，结果表明，本文模型相比于原配时方案和无车速引导下多目标优化模型，干线平均延误分别减少19.6%，8.3%，通行能力分别提升5.6%，8.4%，平均停车次数分别减少11.2%，24.2%，双周期交叉口次路方向平均延误分别减少33.9%，5.8%，表明本文模型将速度引导与多目标优化相结合，提高了双周期干线的通行效率，降低了双周期交叉口次路方向的延误，达到了干线和双周期交叉口共同优化的目的。      

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。     

城市交叉口逆向可变车道设置研究

针对城市交叉口存在的早晚高峰段交通流分布不均衡现象,为避免道路资源的浪费,提出在交叉口进口道设置逆向可变车道,利用信号灯的相位控制逆向可变车道的开闭,以缓解交通拥堵。并以淄博市张店区某一交叉口为研究对象,结合已有理论对逆向可变车道的长度、开闭时间及附属设施进行研究,具体阐述逆向可变车道的设置方法。基于Vissim仿真技术结果表明:设置逆向可变车道后该交叉口左转车辆的延误时间减少了34.2%,最大排队长度减少了41.5%,一个信号周期内通过的车辆数增加了67.6%。     

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。