智能交通信号优化控制系统框架

智能交通信号优化控制系统是交通控制智能化的核心子系统．文中在归纳出智能交通信号优化控制系统结构的基础上，着重对后续子模型系统框架中的各个子模型内容及其相互关系进行了讨论．整个系统结构是闭环在线控制(论)模式．     

基于规则和基于模型的交通信号控制方法适用范围

自适应交通信号控制是根据实时的交通状况对交通流进行控制的方法,其控制策略可以分为基于模型与基于规则两种模式。为了指导交通管理部门更加合理地选择信号控制方法,对两种信号控制方法的适用范围进行了研究。以现实场景为基础搭建微观仿真模型,对不同信号控制方法的应用效果进行比较分析。仿真实验结果表明:基于模型的信号控制方法在面对复杂的应用场景和突发状况时更有优势,但在其他场景优势不明显。     

降雨天气单点交叉口交通信号控制优化方法

为优化降雨天气下单点交叉口交通控制的效率, 引入了降雨修正系数, 建立了单点交叉口交通信号配时方法; 应用行动分析软件分析降雨天气交叉口处的高精度视频, 以标定饱和流率、损失时间和到达车速等参数的变化特征, 提出了饱和流率、损失时间与到达车速的降雨修正系数; 建立了基于模拟退火算法的优化模型, 计算了各降雨等级下的修正系数; 构建了基于VISSIM仿真测试环境, 评估了提出的模型优化降雨天气下单点交叉口交通信号控制的效果, 分别比较了采用优化后参数的定时配时与感应配时对采用原参数的定时配时方案的交通运行效率。分析结果表明: 小雨、中雨与大到暴雨天气下的平均车头时距分别比正常天气增加了0.314%、1.256%、2.871%, 平均损失时间分别增加了1.042%、2.829%、3.424%;在流量低于600pcu· (h·lane) -1时, 改进的感应控制方案效果较好, 比采用原预设参数方案的车均延误降低了12%~23%;当流量高于600pcu· (h·lane) -1时, 采用改进的定时控制方案效果较好, 车均延误比原方案降低13%~25%, 并可在临近饱和与过饱和状态时推迟锁死状态的产生, 车均延误最低。     

过饱和交叉口交通信号控制动态规划优化模型

为满足过饱和交叉口信号控制的需求, 应用动态规划理论, 建立了过饱和交叉口信号控制优化模型, 界定了模型的阶段、状态变量和决策变量, 推导了平均排队长度状态转移方程和控制器状态转移方程, 确定了基于交叉口不同饱和状态的目标函数与约束条件, 提出了模型优化框架。非饱和状态以最小化延误为控制目标, 饱和状态和过饱和状态以最大化通行能力为控制目标。通过迭代运算判断保持或者切换当前相位, 并将控制效果实时反馈以调节下一阶段信号配时方案。以秦皇岛市某交叉口为例, 基于实际采集数据得到了非饱和、饱和与过饱和3种状态的交通流量, 应用动态规划模型获得配时方案, 并与TRANSYT方法给出的配时方案进行了对比分析。分析结果表明: 在非饱和状态下, 采用动态规划模型计算的平均延误、饱和度、平均排队长度分别为49.3s、0.76、13.7veh, 采用TRANSYT方法计算的对应值分别为52.0s、0.78、14.4veh; 在过饱和状态下, 采用动态规划模型计算的饱和度与平均延误分别为0.85、78.5s, 采用TRANSYT方法计算的对应值分别为0.86、82.5s, 但对应的平均排队长度为27.3veh, 略优于动态规划模型的27.6veh; 饱和状态控制效果与过饱和状态控制效果类似。可见, 采用动态规划模型可以有效降低交叉口饱和度, 减少各相位不同进口道车辆的平均延误。     

城市区域交通信号智能控制及其微观仿真研究

城市交通的智能控制与管理是智能交通系统（ITS）的重要组成部分,也是当前研究的热点问题．针对交通问题复杂性、随机性和离散性的特点,采用自适应实数遗传算法对交叉路口信号灯进行优化,并以微观交通仿真系统代表真实交通系统来验证控制方案的优劣．开发了基于遗传优化的微观交通仿真系统,描述了该系统的子模型及实现方法;将该系统对一小型区域内信号灯的控制参数（周期,绿信比和相位差）进行同步优化,并通过微观交通仿真模型进行仿真实验;证实该方法能够在一定的范围内提高路网的通行能力,减少停车延误时间,从而缓解交通拥堵．     

基于VISSIM仿真的信号交叉口优化方法研究

传统信号交叉口配时往往只考虑车辆延误指标,存在一些不足。故此,建立了考虑延误和停车次数的信号配时优化模型,提出应用VISSIM仿真软件与信号配时相结合的信号交叉口优化方法,并将该优化方法应用于交叉口优化实例中,仿真评价结果表明：采用该方法优化交叉口效果显著,平均排队长度、平均延误指标下降明显,能够很好地从时间和空间两方面改善交叉口的性能。     

基于非线性优划的干道交通信号过渡模型研究

传统的干道协调系统中,干道信号控制方案间切换将会产生车流中断或扰动,无论是多时段控制、感应控制或自适应控制都存在这样的问题。针对传统过渡方法不是建立在优化过渡时期评价指标的基础上以及为了提高城市干道信号控制过渡时期车流的运行性能,建立了基于干道总延误最小的非线性约束过渡模型。通过同步式调整干道各交叉口的过渡周期长度与相位差来优化干道系统过渡时期性能,考虑车流离散因素对干道延误性能的影响,并通过改进的遗传算法求解。最后采用Visual C++调用仿真软件VISSIM内部COM接口进行案例分析。结果表明,与传统过渡方法两周期、三周期、减法（Subtract）、短路径（Shortway） 相比,所提出的过渡方法使道路延误性能平均提高了19.6%, 15.2%, 10.5%, 9.8%。该方法在大范围的交通和几何条件下的表现具有一定优势,在保证干道过渡延误性能的同时也给干道提供了最优的绿波带。     

交叉口动态车道与交通信号协同优化方法

以往动态车道研究倾向于在固定信号配时或预先设定的信号配时方案下进行优化,无法充分利用交叉口的时空资源.本文根据实时交通需求,以交叉口车辆平均延误最小为目标,以信号周期、相位绿灯时间和车道数为约束条件,构建动态车道与交通信号协同优化模型.模型分两部分,第1部分考虑进出口道车道平衡,计算可行的动态车道备选方案,将备选方案的输出参数作为第2部分模型的输入参数;第2部分根据实时交通需求,生成动态车道优化方案和信号优化方案.将本文优化方法与传统信号配时方法进行比较,实验结果表明,本文模型能更好地降低交叉口平均延误,有效提升信号交叉口时空资源利用率.     

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为优化区域交通网络中各信号控制器的配时方案,利用递推最小二乘算法(RLS)和同时扰动随机近似(SPSA)算法,由检测器流量估计DynaCHINA动态网络交通仿真与分析系统的动态OD矩阵,输入并标定各路段的速度-密度模型参数和饱和流量,获得网络状态的准确估计,包括各路段的速度、密度、流量、队列长度等;在此基础上,利用SPSA算法优化各信号控制器配时参数,包括各信号控制器的周期、相位差和绿信比,使得网络中车辆的平均旅行延误、队列长度、或交叉口通过量等指标最优. 针对实际路网的测试表明,本文的参数标定方法可以获得准确的检测器流量估计,结果明显优于Ashok K的动态OD矩阵与检测器流量估计方法;与现有的基于Synchro信号配时优化软件获得的结果相比较,该方法可较大幅度缩短车辆在路网中的平均旅行延误,并可推广应用于更复杂的区域路网的信号控制参数优化等场合.     

基于GIS的交通信号模拟控制实验平台研制

在道路交通控制课程教学中,交通信号控制是重要的教学内容之一;目前市场上与之配套的实验设备成本较高或停留在理论研究,尚未得到推广;鉴于此,文中提出用软件模拟交通控制代替硬件模拟交通控制的方法,在GIS平台上,开发新一代的交通信号模拟控制实验平台;该实验平台具有结构简单、成本低、易操作等特点。     

平面交叉口信号控制多目标优化研究

从道路使用率、出行时间成本、环境保护三方面平衡交通效益出发,建立在饱和度约束下以通行能力、出行者平均延误、尾气排放量作为性能指标的平面交叉口信号控制多目标优化模型;模型可根据交通流状态的不同对控制目标有所侧重;最后运用遗传算法对模型进行优化。算例分析表明,该模型能较好的适应交通流状态的变化,可获得更好的交通控制效果。     

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实时交通信号控制是城市交通控制系统的重要组成部分,建立在前人研究工作的基础上,本文尝试采用多智能体的分布式控制技术来解决复杂的交通信号控制问题,构造了多智能体的城市交通控制系统控制流程,提出基于同时扰动随机逼近算法/人工神经网络的改进的交通控制模型,模型通过采用同时扰动随机逼近算法来更新神经网络的权重,这种方法克服了现有控制方法需要大量的数据传输、准确的数学模型等缺陷。最后作者应用微观交通仿真系统对模型的有效性在较为复杂的交通网络中进行了测试,仿真结果表明了该方法的有效性。     

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车路协同系统能实时获取车辆个体的运行状态信息,并能通过速度引导实现车辆与交通控制系统之间的动态交互,为交通信号控制提供了新的数据源和技术手段.分析了现有车路协同下交通信号控制方法存在的不足,引入基于时间窗的滚动预测方法,提出了改进的交叉口信号控制优化流程;将相位饱和度作为表征信号控制效果的指标,在考虑速度引导对车辆运行状态影响基础上,建立了车路协同环境下道路交叉口信号控制优化方法和模型.运用VISSIM软件进行了仿真实验,结果表明,本文方法优于感应控制方法,在各种交通流量下均能有效降低交叉口平均延误和停车次数.     

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.     

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为改善过饱和状态交叉口群的交通控制效果,优化了交通控制目标和结构,制定了信号配时方案优化的实施框架. 在分析溢流、滞留排队和阻挡等拥堵诱因的基础上,根据优化过饱和状态交通控制的需求,选取关键路径上通过车辆数最大和平均排队最小作为优化目标. 在单点交叉口层和交叉口群层间增加关键路径层,优化交通控制结构. 结合过饱和状态交叉口群交通控制特性,提出信号配时方案优化的实施框架及分层优化措施. 南京市广州路交叉口群仿真验证结果表明, 按信号配时优化框架建立的配时算法,可显著增大交叉口群内关键路径的通过车辆数,降低平均排队长度,改善过饱和状态交叉口群交通运行状况.     

基于VISSIM的交叉口信号控制优化

城市十字路口较多,加之信号配时不合理,车辆通过就会干扰频繁,使得延误时间过长,十字路口的通过量低.文章以桂庙村口交叉口为例,在对该路口交通流量数据调查的基础上,运用VISSIM建立微观仿真模型,检验仿真与现实路口的相似度,通过“等效交通量”方法优化配时方案,并对优化前后的配时方案进行仿真评价.仿真结果表明：优化方案使得交叉口停车时间下降了10.96％,平均排队下降了15.82％,通过车辆数增加了12.92％,说明优化配时方案能够有效提高该交叉口的服务水平,提高通行率.     

基于VISSIM仿真的信号交叉口优化方法研究

传统信号交叉口配时往往只考虑车辆延误指标,存在一些不足.故此,建立了考虑延误和停车次数的信号配时优化模型,提出应用VISSIM仿真软件与信号配时相结合的信号交叉口优化方法,并将该优化方法应用于交叉口优化实例中,仿真评价结果表明:采用该方法优化交叉口效果显著,平均排队长度、平均延误指标下降明显,能够很好地从时间和空间两方面改善交叉口的性能.     

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随着机动车保有量的增长,交通拥堵已成为大城市普遍面临的问题.交叉口是城市路网的节点,也常常成为了城市路网的瓶颈点.如何减少车辆在交叉口的延误是提高整个路网运行效率的关键.本文对北京市一典型交叉口的交通问题进行了分析,针对减少机非冲突保障安全、降低延误保障畅通等方面提出了相应的管理方案,利用微观仿真技术对交通管理方案进行了定量的评估分析和优选.仿真计算结果显示,四个改进措施从不同方面有针对性地缓解了交叉口的冲突、降低了机动车的延误.