面向城市交通突发事件的交通信号应急控制策略研究

With the rapid development of information technology and smart city, adaptive traffic incident management becomes one of the inevitable choices to enable an urban intelligent transportation system. This project focuses on the incident-induced large-scale congestion propagation and emergency control strategies for urban traffic subject to incidents. The main research contents are as follows: (1) For large-scale congestion caused by urban traffic incidents, the impact of signal control strategies at signalized intersections on traffic congestion propagation and dissipation is investigated. Meanwhile, adaptive and emergency traffic signal coordination-control strategies are designed by optimization methods, which helps the rapid evacuation of large-scale congestion; (2) In order to facilitate the implementation of control strategy, we study modular-design methods of Petri net, and formalize the collaborative control system of signal lights at the intersections in the whole road network; (3) We verify the effectiveness of the emergency management strategy based on traffic simulation model and tools. A visualization software will be developed. The obtained results can be used to improve the state of the art in preventing, controlling, and reducing urban road large-scale traffic congestion caused by incidents in urban areas.

随着信息技术的发展，智慧城市建设不断推进，自适应的交通突发事件管理策略是构建城市智能交通系统的一个必要部分。本项目在前期研究的基础上，针对城市环境下交通突发事件引起的大规模交通拥堵，研究并设计基于交通信号应急控制的拥堵疏散策略，主要包含以下内容：（1）针对城市交通突发事件引起的大规模交通拥堵，基于交通流理论及模型研究城市交通突发事件下交叉口信号控制相位对交通拥堵传播和消散的影响，并基于优化方法设计自适应的交通信号应急协同控制策略，对大规模拥堵进行快速疏散；（2）为了保证信号控制策略的正确实施，研究Petri网的模块化建模方法，设计全路网交叉口交通信号协同控制系统并进行形式化验证；（3）基于交通仿真模型和工具，开发可视化平台，评估交通信号应急控制策略的有效性。研究成果可帮助预防、控制及疏散城市交通突发事件引起的大规模交通拥堵，加快智慧城市的建设步伐，具有重要的理论和应用价值。

交通突发事件管理策略是构建城市智能交通系统的一个必要部分。本项目针对城市环境下交通突发事件引起的大规模交通拥堵，研究并设计交通拥堵疏散策略以及Petri网理论与建模方法，取得的代表性成果如下：（1）本项目提出了基于状态方程的具有多项式时间复杂度的Petri网可达性判定算法。首先，通过分析状态方程有解但合法触发序列不存在的Petri网的结构特征，提出了状态方程非负整数解下合法触发序列的存在性判定算法；然后，在保证可达性不变的前提下，对Petri网的结构进行修正，使修正后的Petri网状态方程具有唯一非负整数解；最后，基于合法触发序列的存在性判定算法，确定状态方程的解所对应的合法触发序列的存在性，最终实现目标状态的可达性判定。该项成果是Petri网领域的重要进展；（2）提出了提出了城市突发事件下基于Petri网的交通灯和动态信息标志的交通诱导系统、突发事件下应急车辆行驶路径上常规车辆疏散的交通诱导策略、突发事件下基于SDN的车辆稳定性路由设计、以及基于人工场势的路径规划方法，通过基于SUMO仿真实验验证了方法的有效性。研究成果可帮助预防、控制及疏散城市交通突发事件引起的大规模交通拥堵，加快智慧城市的建设步伐。在本项目支持下，发表学术论文14篇，其中SCI论文7篇，EI国际会议论文5篇，其中以第一作者或通讯作者发表IEEE会刊论文4篇。