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...