交叉口混合交通流高维多目标信号优化控制

为提高我国城市道路交叉口混合交通流智能信号控制的效率,提出一种基于高维多目标进化算法的交叉口混合交通流信号智能优化控制方法.首先,提出一种新的高维多目标进化算法GRMODE,设计了新的算法模型并改进了Pareto支配排序等多项关键技术;其次,设计了基于GRMODE算法的交叉口混合交通流高维多目标信号优化控制模型,提供5项控制目标最优的信号控制方案.在南京市交叉口信号控制中的仿真实验结果表明,基于GRMODE算法的控制模型能够使交叉口机动车平均延误、停车次数、通行能力、非机动车平均延误及行人等待时间等多项性能指标同时达到最优,提升交叉口智能信号控制效率.     

互通式立交出口匝道运行速度过渡段长度研究

为确定车辆在互通式立交出口匝道满足安全行驶需求的运行速度过渡段最小长度,分别建立了满足超高过渡、变速行驶、3 s行程时间及横向加速度变化率适中等要求的运行速度过渡段长度计算模型。采用UMRR链式开普勒雷达测速仪,实测不同主线设计速度下立交出口匝道分流鼻运行速度,结合SPSS软件分析,得到分流鼻运行速度。基于运行速度过渡段长度计算模型和典型参数的分析论证,得到了满足不同需求下的运行速度过渡段长度。结果表明:匝道设计速度为30~40 km/h时,车辆变速行驶需求为运行速度过渡段长度的主要控制因素;匝道设计速度为50~80 km/h时,超高过渡、3 s行程时间为运行速度过渡段长度的主要控制因素;基于安全行驶需求,提出了互通式立交出口匝道运行速度过渡段长度最小建议值及纵坡修正系数。     

高速公路夜间最高车速限制研究

为了合理确定高速公路夜间最高车速限制值,保障高速公路夜间行车安全,进行了驾驶人夜间距离识别与车速感知试验研究.分析了行驶速度、平曲线半径和纵坡坡度对高速公路驾驶人夜间识别距离与感知速度的量化影响,并建立了高速公路驾驶人夜间识别距离模型与感知速度模型.基于驾驶人夜间识别距离与反应制动距离间的安全行驶判别条件及驾驶人夜间感知速度模型,给出了高速公路夜间最高理论限速值与修正限速值的确定方法,并进行实际案例分析.研究结果表明:驾驶人夜间识别距离与行驶速度呈负线性相关,与平曲线半径呈正对数相关,与公路纵坡坡度呈负指数相关;驾驶人夜间感知速度与纵坡坡度无关,与实际行驶速度呈正线性相关,与平曲线半径呈负对数相关.     

复杂路况下无人驾驶路径跟踪模型预测控制研究

为了提高无人驾驶车辆在直角转弯、连续弯道和弧形弯的复杂路况下路径跟踪精度、行驶稳定性与安全性,提出了一种改进的模型预测控制算法。该改进算法是根据行驶路径弯曲度确定车辆在平坦路面上不发生滑移的最大纵向速度,即车辆纵向速度不是假定恒定值。基于模型预测控制,建立车辆运动学模型,设置以速度和前轮转角为约束条件,设计以位置偏差和控制增量为目标函数,获得最优前轮转角和行驶速度。最后,借助某新能源汽车有限公司提供的无人驾驶车辆平台与测试场地,试验对比分析了在复杂路况下改进的模型预测控制算法与纵向速度恒定的模型预测控制算法时车辆路径跟踪效果,试验验证了改进模型预测控制算法的有效性与优越性,保证了车辆的路径跟踪精度、行驶平稳性与安全性。     

二级公路养护作业区限速控制研究

基于二级公路养护作业区交通安全特性,该文从限速值和限速过渡段两方面来研究养护作业区的限速控制.首先对养护作业区的交通延误进行理论分析,从而得到养护作业区的限速值与延误、交通量和限速区长度的公式,建立了基于延误的限速值计算模型,进一步研究限速过渡段的设置,采用Vissim软件对养护作业区5种限速情况进行仿真分析,提出采用运行速度标准差稳定系数Devs作为养护作业区交通安全评价指标,得到限速过渡段的设置条件为限速差临界值20 km/h,最后结合实例提出具体的限速控制方案.     

考虑可变速度调节的单点交叉口公交信号优先控制方法

基于公交运行车速动态可变的运行环境,以公交运行状态最优为目标,提出了“最大可能优先通行”和“最优速度节能减排”2个控制原则;考虑公交车辆位置、车辆是否晚点、车辆速度、速度变化幅度、车辆到达时刻、信号控制参数变化范围等约束条件,针对需要优先通过和不需要优先通过2种情形,设计了信号控制方案和最佳速度调整规则簇,建立了运行速度与优先控制方案的协调优化方法.基于VISSIM仿真软件及其二次开发COM接口,设计了车路协同下信号优先控制的仿真平台,并对1个四相位信号控制交叉口进行了仿真分析.结果表明:与无优先和传统的感应优先相比,所提出的方法在降低公交车延误,恢复时刻表偏离,减少能源消耗,降低污染物排放和减小对于其他社会车辆影响上有显著的提高;参数敏感性分析进一步证明了不同交通量情况下该模型的适应性.     

大型斜拉桥圆柱形桥塔涡激共振的控制

为了研究大形斜拉桥圆柱形桥塔的涡激共振特性,并且对其进行有效的控制,通过分析大形斜拉桥圆柱型桥塔的边界条件特点,建立桥塔计算模型,基于此模型分析了桥塔的固有特性;由风致涡激振动理论及有关空气动力学原理确定漩涡发放频率以及升力幅值;考虑桥塔的形状结构特点以及发生共振时的频率锁定现象确定锁定区域;提出了5个控制桥塔涡激共振的方案,理论分析和数值计算结果表明:方案5——改变锁定区域结构形式,不仅能够使桥塔避免或减弱涡激共振,与其他4个方案相比,该方案在造价和施工方面具有明显的优势,同时增加附属结构不会影响桥梁其他的相关结构,因此确定方案5——改变锁定区域结构形式为最佳控制方案。     

基于多目标优化的公交运行速度优化控制方法

为了在保证城市公交运行准时性的基础上提高燃油经济性,研究了基于多目标优化的公交运行区间速度控制方法.基于公交车辆运行与信号灯交叉口和公交站点之间的动态时空关系,建立了公交到站准时性区域判断模型;采用基于车辆比功率的油耗模型,建立了公交燃油经济性优化模型;利用分层序列法,设计了基于多目标优化的区间速度优化控制方法.在基于Matlab软件搭建的公交运行仿真平台开展了仿真实验,结果表明,所提出的方法在多种参数组合下不同控制场景中均可给出可靠速度建议;在所有场景中均降低了时间偏差,最大降低值为26 s,提升了公交线路服务可靠性;所提出方法平均降低燃油消耗7.32 mL,在一定程度上节约了公交运营成本,进一步证明了所提出方法的有效性和适用性.      

自动驾驶车辆纵向速度控制策略及仿真

针对自动驾驶车辆纵向速度的跟踪控制问题,提出了基于模型预测控制和微分先行比例-积分-微分（PID）的双层闭环控制策略：基于模型预测控制原理设计速度上层控制策略,采用层次分析法确定目标函数中的权重系数,计算出适应行驶条件的期望加速度;通过车辆逆纵向动力学模型计算对应的驱动力和制动力,控制车辆速度,采用微分先行 PID 进行反馈调节。结果表明：在该策略下车辆加速或减速行驶时,车辆具有较好的跟踪控制性能。     

公共汽车主动速度控制系统研究

研究开发汽车辅助驾驶技术对提高行车主动安全性具有重要作用，如何正确识别道路线形，并实时主动控制行车速度是当前该项研究中的热点和难点问题。文中通过对公共汽车在下坡、转弯道路运行中的安全速度值范围、安全预警方式、速度控制方式和主动速度控制系统的基本研究，提出了公共汽车主动速度控制系统的基本方案。仿真试验分析结果表明，该安全速度确定方法可行，控制系统方案有效。     

车路协同环境下信号交叉口车速引导建模与仿真

目前交通自适应控制策略中预测交通流到达的方法多为基于车流行驶速度服从统一分布而获得,其效率与可靠性等方面存在不足.文中利用车路协同环境下实时车车、车路通信,基于实时信号状态、排队长度、车辆位置、加速度等参数,以交叉口车辆停车时间最小化为目标,提出面向个体车辆的车速引导机制与模型,有效弥补了上述缺陷.以上海市曹安路嘉松北路交叉口为例进行仿真验证,结果表明,在高饱和状态下,文中模型能有效降低交叉口车均延误30％,减少交叉口平均停车次数60％,在中、低饱和状态下的效益更佳.     

交通控制与诱导集成的关键问题评述

分析了交通控制和交通诱导的相互影响与相互作用。综述了交通控制系统和交通诱导系统集成的研究现状,重点对交通控制和交通诱导集成的6个关键问题进行了讨论分析。提出应用演化博弈论、有限理性和人工情感等研究探讨驾驶员对交通诱导信息的反应机理和先由交通诱导系统将交通流诱导到合适的路网上然后由交通控制系统来适应这些交通流的思想建立集成模型。提出应用人工交通系统与平行系统的思想来研究交通控制和交通诱导的集成实施问题,通过人工交通系统的"计算试验"对交通控制方案和诱导方案进行试验和评估,期望为交通控制和交通诱导二者的集成提供新的思路和方法。     

基于平均车速和车速标准差的路段安全分析方法

以我国几条典型高速公路交通事故统计资料为基础,研究了车辆平均车速、车速标准差对路段交通安全的影响。首先分析了车辆平均车速、车速标准差对路段事故率的影响机理;然后利用统计样本进行了路段事故率与平均速度、速度离散性、车速标准差系数的偏相关分析,从计算结果发现分析路段事故率与车速离散性的相关系数最大,表明影响分析路段交通安全的主要因素是车速分散性;最后采用质量控制法,筛选出同类型路段事故多发路段,并提出了同类型路段车速离散性临界值的确定方法。研究结果表明,在平均车速低于设计车速时,为降低道路事故率,应着重控制车速分散性。     

基于满意控制的动态交通分配模型研究

城市交通意外事件易诱发局部交通路网拥堵,为防止交通状况恶化,需采取相应的交通控制、诱导手段。针对交通意外事件造成城市交通路网运行状态突变的现象,从用户平衡原理出发,提出了基于满意控制理论的动态交通分配模型。该模型不仅考虑了动态交通分配过程中各种常规的要求(目标、约束),还考虑了动态交通分配的易操作性和交通流控制、疏导过程中的安全性。通过该模型可寻找易于求解及实现的满意解,快速、平稳地实现区域内交通流的正常运行。算例表明该模型及其算法能够快速获得满意解,有效地解决交通状况突变情况下的动态交通分配问题。     

基于有向图卷积神经网络的交通预测与拥堵管控

为解决城市快速路正面临的日益严重的交通拥堵问题,提出了一种针对城市快速路的基于有向图卷积神经网络的交通预测与拥堵管控方法,该方法能够有效利用海量交通数据进行交通预测,实现拥堵的主动管控。首先,基于交通路网的空间有向性和交通流的时空特性,定义了有向的距离影响矩阵、修正欧式距离矩阵和自由流可达矩阵,构建出有向的图卷积算子,并将其应用于长短时记忆神经网络模型中,提出了能学习交通路网时空双重特性的有向图卷积-长短时记忆神经网络（Directed Graph Convolution-LSTM,DGC-LSTM）模型;其次,基于DGC-LSTM的交通预测结果识别出拥堵产生点并将其作为拥堵管控的对象;再次,采用控制进口匝道车辆输入快速路主线的手段,针对管控对象的时空特征,设计了全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略;最后,基于上海市快速路网上布设的2 712个检测器在122个工作日每间隔5 min记录的速度、流量和占有率信息,开展实例分析,测试了DGC-LSTM模型的预测精度以及全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略的有效性。结果表明：与传统的循环神经网络、长短时记忆神经网络相比,DGC-LSTM模型具有更高的预测精度,能将速度预测的平均绝对误差和误差标准差分别降低38%和20%以上;基于预测结果采用的全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略能令拥堵产生点的速度提升14 km·h^-1以上,并能使拥堵的持续时长缩短40%,可阻止拥堵从产生点开始发生大范围的蔓延,降低整个路网的拥塞程度。     

考虑高速公路运行风险的雨天可变限速方法

为保证雨天环境下高速公路行驶安全，降低道路整体运行风险，结合雨天风险特征，开展考虑运行风险的雨天可变限速研究。首先应用随机森林模型，标定雨天环境下高速公路动静态风险因素的特征重要度，并结合熵值理论，建立高速公路风险模型、计算风险系数、划分风险等级;之后，以空域自适应算法中可变限速推演变化规律为基础，考虑大、小型车的行驶特征，结合预期风险、雨天停车视距、水膜厚度等因素，优化可变限速模型，细化大、小型车辆的初始控制值，进而提出不同降雨强度、不同能见度下的可变限速推荐值；在此基础上，利用驾驶模拟实景仿真系统、心理生理检测设备、微观交通流仿真软件，开展可变限速系统控制值合理性及驾驶人行车适应性与交通流运行状态的实证分析。研究结果表明：随着能见度降低和降雨量增大，在可变限速控制下，驾驶人呈现出交感神经兴奋性减弱、副交感神经兴奋性增强、心理紧张度降低的状态，其平均心率、心率变异性高频值、心率变异性低频值、心率变异性差异值分别由74.13、0.121、0.643、2.37变为78.23、0.192、0.567、2.01，驾驶人对限速方案的适应性良好；同时，可变限速可保证道路整体通行效率，不会造成交通流风险震动，在小型车、大型车限速分别为80、60 km·h^-1和小型车限速60 km·h^-1、大型车禁止驶入场景下，碰撞时间均值、中值大于未限速场景，各车道的行车安全性均能得到保障;提出的雨天可变限速控制方法合理，且具有一定工程适应性，能为异常天气高速公路宏观车流主动防控提供理论支撑。     

信号交叉口右转机动车与行人和非机动车冲突研究

研究的主要内容为:未设置右转专用相位的信号灯控制道路交叉口右转机动车流与行人和非机动车的冲突行为,包括冲突数据的采集和提取、右转车流受到干扰前后速度与过街时间对比分析以及机非冲突速度-距离模型。以现实交通数据为基础,通过软件提取右转机动车与行人和非机动车冲突数据,建立标准统一的冲突数据库,以此为基础对比分析右转车流正常行驶状态和受到干扰情况下通过道路交叉口时的车速和过街时间,并建立右转车辆距离机非冲突点不同位置时所对应不同速度的统计模型。研究结果对右转专用相位设立标准的建立和相应信号配时方案的设计具有一定的工程指导意义。     

车路协同无信号交叉口的矩形冲突检测及消解

针对车路协同环境下的冲突问题，建立了以系统反应时间代替驾驶员反应时间的自动驾驶车辆制动距离模型，以此作为安全距离改进了矩形冲突检测模型，并根据轨迹优化的研究思路，提出了以矩形冲突检测模型为基础的冲突消解算法，对非通行优先权车辆进行速度引导，避免车辆冲突。在车联网开源框架 Veins 的基础上，将交通仿真器 SUMO和网络仿真器 OMNeT++双向耦合，并对冲突检测模型与消解模型进行验证。仿真结果显示，该冲突检测及消解模型具有可行性，与传统无信号交叉口四路停车让行规则相比，模型中的速度引导方案能减少合流冲突车辆 8.6%的平均行驶时间，减少交叉冲突车辆 8.3%的平均行驶时间；合流冲突和交叉冲突中车辆的平均速度分别提高了61.4%和105.0%。在实际应用中，冲突消解模型可以为不同速度范围内的自动驾驶车辆提供速度参考，降低无信号交叉口车辆发生碰撞的概率，提高无信号交叉口的通行效率。     

基于驾驶员行为的强制控速设施安装间距研究

在合理分析驾驶员通过强制控速设施行为的基础上,制定了相应的车速检测方案,并进行了实地车速检测。在分析车速与车辆到强制控速设施距离的散点图的基础上,建立了分段的多项式回归模型,然后利用最小二乘法回归计算,得出了相应模型的参数估计值,将模型参数代入回归模型即可获得车速预测函数。最后,进行了回归结果分析,分析结果表明分段多项式回归模型是正确有效的。利用该模型可以有效计算在给定公路限速条件下的最优强制控速设施安装间距。     

基于云计算的卡尔曼滤波速度诱导模型研究

利用自适应卡尔曼滤波器来建立城市快速路瞬时交通预测模型,同时通过Hadoop基础框架及Ma—pReduce的编程模型设计和开发了交通属性指标最小约简云处理系统,并在此基础上对车辆进行速度诱导控制,建立了以车辆总行程时间为目标函数的诱导优化模型。并以上海南北高架南段东线为例建立了仿真场景,对模型进行了参数标定与校验,通过有效性与性能分析表明：用云计算能够提高运算效率,且速度诱导控制后,降低了路段上交通流的整体速度差异,提高了交通安全性。