面向溢流防控与疏散的过饱和交通区域协调控制方法研究

发布时间：2019-04-27 10:31

【摘要】：随着城市规模不断扩张,交通需求急速增长,使得城市路网经常处于过饱和状态,在过饱和交通区域中容易发生溢流现象,溢流的出现会导致区域路网的交通堵塞甚至瘫痪。因此,分析和研究过饱和区域下的交通特性并给出面向溢流防控和疏散的过饱和区域协调控制策略和优化算法,对提升区域路网运行效率具有重要的理论意义和实际价值。本文在分析过饱和区域交通特性基础上,以建立的可溢流描述7段交通宏观仿真模型为仿真平台,从过饱和区域溢流防控和溢流疏散两个角度出发,研究过饱和干道溢流防控与疏散协调控制理论和过饱和区域溢流防控与疏散协调控制理论。本文研究工作和创新之处概括如下:1.提出过饱和系数概念和计算方法。用交通波理论分析相邻交叉口交通流运行过程,提出相位过饱和系数(POSI)和交叉口过饱和系数(IOSI)的概念以及计算方法。并对广州市天河区珠江新城两相邻交叉口进行仿真,结果表明该系数是合理的,可反映交叉口或相位的过饱和程度。2.建立可溢流描述7段交通宏观仿真模型。该模型包括外部路段需求、上游路段需求、路段行驶、加入车道组、通过交叉口、离开输出路段以及流量守恒7个运行阶段。在路段行驶过程设计5参数对数密度—速度模型描述车流运行,用此单一函数准确描述密度从最大到最小值变化时交通流速度变化情况。在通过交叉口阶段设计考虑交叉口容量的进入交叉口流量计算方法和考虑溢出的离开交叉口流量计算方法,刻画交通溢出时车流阻挡情况。并对模型进行仿真,结果表明该模型能够真实反映路网交通流运行情况,并可描述溢流现象。3.提出过饱和干道溢流防控与疏散协调控制理论。对过饱和干道溢流防控提出基于防溢流相位差的过饱和干道动态协调控制方法。在理想相位差的基础上给出防溢流相位差设计方法,同时建立基于防溢流相位差的过饱和干道动态协调控制模型。针对模型特点提出分步优化算法,该算法用差分进化细菌觅食优化算法确定干道初始交叉口周期长度,用加权法预测交通流量,并以此计算各交叉口绿信比,最后进行相位差约束处理以得到防溢流相位差。以广州市天河区华穗路4个交叉口组成的干道为仿真对象,进行仿真验证,结果表明该方法可实时动态地使相位差处于理想状态,并能防止路段溢流,较其它方法可保证更大的通行能力和更小的车辆延误;对过饱和干道溢流疏散提出基于相位过饱和系数(POSI)的过饱和干道溢流疏散控制方法。对干道某一过饱和方向溢流,用POSI系数精确调节上、下游交叉口红、绿灯时间,建立以保证溢流方向最大通行能力为目标,以冲突相位可利用时间为约束条件的疏散控制模型,并对此模型设计正—反向二阶段求解方法。同样以广州市天河区华穗路4个交叉口组成的干道为仿真对象,进行初始排队较大和交通需求量突变2种情况下的溢流疏散控制,结果表明进行疏散控制后输出车辆有所提高,延误有所降低。4.提出过饱和区域溢流防控与疏散协调控制理论。对过饱和区域溢流防控提出基于混合粒子群算法(HPSO)的防溢流多目标过饱和区域控制方法。建立以不发生溢流,延误均衡以及通行能力最大为目标的防溢流多目标过饱和区域控制模型。针对设计的控制模型提出HPSO优化算法,设计该算法的粒子编码,用粒子群算法优化相位差,用模拟退火算法优化绿灯时间。对9个交叉口组成的路网进行仿真验证,结果表明该方法能够防止区域路段发生溢流,达到路网延误均衡和通行能力最大的控制目标;对过饱和区域溢流疏散提出过饱和区域多向溢流疏散控制方法。对区域两相交方向发生溢流时,建立沿关键路径疏散控制模型,对此模型设计以相交交叉口为修正参考的多阶段求解方法。对于区域由拥堵中心向外沿多个方向发生溢出时,建立以溢流交叉口为中心的多条关键路径疏散控制模型,对此模型设计以溢流交叉口为中心的反—正向二阶段求解方法。同样在9个交叉口组成的路网中进行了仿真,结果表明该方法能够疏散区域路网的溢流,从而提高路网的通行能力和减低延误。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U491.54

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