基于多源检测数据的过饱和交叉口动态信号控制方法研究

At present, the number of oversaturated intersections is increasing gradually, and the movement of traffic flow is badly affected. Traffic signal control is an important way to improve traffic flow travel efficiency and alleviate traffic congestion. Thus, it is meaningful to study the signal control method for oversaturated intersection, which has the fair adaptive level and better benefits of signal control. This project takes single oversaturated intersection as research object, based on the multipe resource traffic data that is composed of loop detector data and vedio detector data, the method for distinguishing the queue spillover in strectching-segment is brought forward. The mathematical method to describe the stochastic characteristic of traffic flow is developed, and then the prediction model of arrival traffic volume, the queue evolution models under the spillover and non-spillover of queue in strectching-segment are developed respectively. The queue length minimization is set as the optimization object and the time is splited into multiple steps. By introducing the approximate dynamic programming algorithm, the dynamic signal control model based on multiple steps for oversaturated intersection is developed. For the two cases that spillover and non-spillover of queue in strectching-segment, phase sequence, time window length, and green extension are selected as the optimization variables, the signal timing plans are optimized respectively.

目前我国各大城市过饱和交叉口逐渐增多，严重阻碍了交通流的顺畅通行。交通信号控制是提高交通流运行效率、缓解交通拥堵的重要手段，研究自适应水平高、控制效益好的过饱和交叉口的信号控制方法具有重要的现实意义。本项目以单点过饱和交叉口为研究对象，以视频检测数据和感应线圈检测数据组成的多源数据为基础，建立交叉口展宽段排队溢出判别方法；对进口道到达的交通流随机特性进行数学描述，建立到达流量预测模型，构建展宽段排队溢出、未溢出两种情况下的进口道排队演化模型；以交叉口排队长度最短为控制目标，将时间离散为不同的阶段，基于近似动态规划算法，建立过饱和交叉口多阶段信号控制动态优化模型；针对展宽段排队溢出、未溢出两种情况，以相位相序、时间窗长度、绿灯延长时间为自变量，分别建立信号控制方案优化方法。

随着机动车保有量的不断增加，而相应的道路基础设施的增长有限且缓慢，过饱和交通状态已逐渐成为常态。项目组针对当前国内外过饱和交通信号控制理论技术的不足，结合我国道路交通环境基本特点，深入研究了混合交通流环境下过饱和交通信号控制中交通数据标准化调查方法、过饱和时交通流量与排队预测方法、过饱和交叉口车辆到达及排队演化、过饱和交叉口动态信号控制方法等关键问题。主要研究内容和重要结果包括以下几个方面：.1．在昆明、曲靖等城市选取了133个不同类型的交通节点，通过人工调查、视频录像、自动检车等方法获取交通数据和各种可能影响交通控制效果的参数。建立了标准化交通数据调查流程和方法，通过长期实际调查，获取了海量交通基础数据，构建了昆明、曲靖市可实际应用的交通基础数据库。.2．提出了过饱和状态下真实交通需求和排队长度的相互推测方法，为过饱和交通信号控制提供了可靠的数据支持。通过分析不同过饱和交通对象，对过饱和交通定义进行了阐述，利用实际数据分析了过饱和交通状态下绿灯时间利用率较高、进口道排队车辆滞留、停车延误显著增加等交通特性。.3．建立了交叉口展宽段排队溢出判别方法，对进口道到达的交通流随机特性进行了数学描述，建立了到达流量预测模型，构建了进口道排队演化模型。.4．针对交叉口是否具有展宽段两种情况，分别建立了单点过饱和信号控制方法。提出了以交叉口关联度作为量化指标对交叉口的进行初步分区，然后以干道优先权重对控制小区进一步划分。提出了干道群动态协调控制总协调时间段与子协调时间段的概念，并以实际数据为基础对总协调时间段与子协调时间段的确定进行了分析研究。构建了过饱和时交叉口协调控制配时模型方法。.5．运用VISSIM仿真软件、MATLAB软件等方式对上述研究结果进行了对比分析，验证了研究成果的有效性。