基于“额外排放”理论模型的城市主干路交通信号协调控制研究

发布时间：2020-06-15 10:32

【摘要】：随着经济的高速发展,汽车的数量正逐年增加,汽车在为人们带来便捷的同时也加重了空气环境的污染。车辆尾气排放现已成为了影响空气环境质量的重要因素之一。城市的道路资源是非常有限的,而交通管理控制策略的落后,会使本就有限的道路交通资源不能被充分的利用,从而导致出行效率的低下,使得因车辆排放带来的污染进一步加剧。主干路交叉口是城市交通的关键部分,对整个道路交通网络的运行起着极其重要的作用。车辆到达交叉口时,信号灯的控制会使车辆的运行工况产生变化,从而导致车辆的排放增加,产生很多不必要的额外排放。因而,通过实现信号灯的有效控制来减少车辆的尾气排放已经成为交通控制领域的一项非常重要的研究课题。本文主要是以减小车辆尾气排放为目标,基于车辆的跟驰模型和提出的额外排放模型,从交通控制的角度,探讨信号控制对车辆额外排放的影响。首先,本文对主干路的信号灯协调控制进行了研究,提出了一个既适用于单点交叉口又适用于主干路多交叉口的信号灯状态函数,以便于得到城市主干路上每一信号灯在任意时刻的信号状态,并通过实验仿真对所提模型进行了验证。其次,通过对城市主干路信号灯控制下的车辆运行状态进行研究,将信号灯的状态模型与车辆的跟驰模型相结合,提出了信号灯控制下的适用于城市主干路的交通流模型。通过对车辆行为的进一步分析,提出了信号灯控制下车辆的三种运行模式(自由模式、跟驰模式和停车模式)以及车辆不同运行模式的判别方法,并且通过仿真,分别对单点交叉口及主干路多交叉口的车辆运行行为进行了研究分析。最后,通过对交通流特性以及车辆排放的研究,基于大量的实际采集数据与仿真数据,将交通流模型和基于车辆比功率(VSP)的车辆排放模型相结合,提出了交通流“实际排放”、“基本排放”和“额外排放”模型。并通过一系列仿真,研究了车辆在交叉口处的排放以及在主干路信号灯协调控制下各基本参数对车辆额外排放的影响。综上,本文不仅研究了单个交叉口信号灯控制下的交通流以及额外排放的特性,并对主干路多交叉口信号灯协调控制下的交通流及额外排放的变化与规律进行了研究与仿真分析,实现了由“点控”到“线控”的延伸,为该领域的进一步研究奠定了基础。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491.54
【图文】：

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作为主干路ｔ的某一交叉口，我们只考虑交通流运行的方向，不考虑其他逡逑方向。我们假设交通流的流动方向是自西向东，则主干路上某一单点交叉口如逡逑图２－１不意。逡逑＿逡逑逦Ｕ逡逑逦？舟逦逦？逡逑谍逦交通流方向逡逑ＩＯＣ邋）Ｑｌｌ逦Ｉｐ逡逑Ｑ逡逑0逡逑图２－１单点交叉口示意图逡逑主干路１：的第《个路口，在交通流方向１：，信号灯控制的参数主要是信号逡逑周期和绿信比。在车辆通行方向上，信号灯状态函数如公式（２－３）所示：逡逑１３逡逑

时序图,口信,时序图,信号灯

号灯的红灯时长，其中信号周期的长度为７；邋＝ｇ？邋＋／；。当第《个信号灯的状态为逡逑１时表示此信号灯为绿灯，当信号状态为０时表示此信号灯为红灯。逡逑单个交叉口信号灯的状态显示序列图如图２－２所示。逡逑ｓｎ邋＾逡逑１邋逦邋逦邋逦逡逑０邋逦逦逦逦逦１—？逡逑；ｔ（ｓ）逡逑个逦｜逦ｒ＂逦［逦Ｓ＇＞逦ｊ逦ｒｎ逦ｉ逦ｇｎ逡逑１邋■邋）逡逑ｔ（ｓ）逡逑图２－２单点交叉口信号灯状态时序图逡逑２．３．２主干路多交叉口信号灯状态函数逡逑在城市主千路上，每隔一段距离便会存在一个交叉口，在交叉口处存在着逡逑交通信号灯。信号灯通过控制路口处的车辆运行进而实现对整个交通流的控制。逡逑当车辆在道路上行驶时，其运动状态会受到信号灯控制的影响，因此得到每一逡逑交通信号灯的实时状态非常重要。逡逑假设在城市某一主干路上分布着若干受交通信号灯控制的交叉口，信号灯逡逑的编号从交通流的上游到下游依次为０，１，２，．．．，《，／７邋＋邋１，．．．。主千路上各个交通信逡逑号灯的分布图如２－３所示。逡逑，逦｜逦，逦１逦Ｐ逡逑ｉ逦ｙ逦ｙ邋逦邋ｙ逦0邋逦逡逑｜逦Ｉ逦ｉ逦ｉ逦１逦逡逑ｉｉｉ逦ｉｉ逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ邋逦？邋ｉ逦ｉ逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦交通流方向逦丨逦Ｉ逡逑逦！逦ｊ逦｜逦ｊ逦｜逦逡逑，０逦，１逦

【参考文献】