交通信号控制规则与车流到达相互作用机理实验研究

随着交通拥堵的加剧，更多的交通控制策略希望能够与车流到达动态的匹配，最大限度的挖掘现有交通资源的潜力。但控制策略与车流到达之间是相互作用的，交叉口控制策略之间也是相互作用的。当交通控制策略与车流到达相互作用后，是否能够达到稳定平衡状态，是否能够获得效益，成为需要回答的基础问题。本研究试图通过实验交通工程理念与方法，建立交通控制基本规则库，将控制策略归结为基本规则的组合使用，在此基础上解析交通控制规则作用于路网后的交通流演变机理；解析控制规则之间的匹配原则。本研究有利于揭示交通信号控制网络中车流到达现象背后的驱动机理，对交通堵塞与消散机理的研究有所促进；可为交通控制的宏观策略设计与实施起到评价指导作用；可以回答实践中控制策略适应性问题。

城市交通信号控制策略力图能够动态的适应交通流的变化，来提高信号控制的效率。但控制系统在适应交通流的过程中，同时又改变了交通流，它们之间是相互作用的。研究力图寻找交通信号控制规则与交通流相互作用的机理，并寻找更优的控制策略。.本研究建立了基于多智能体与元胞传输模型，实现车路通信，交叉口间通信的仿真模型与环境，以及互动式的交通控制策略仿真模型。对城市道路交叉口群的建模问题进行了研究，将交叉口群分为道路路段、道路交义口以及信号控制三个组成要素。提出了应用细胞传输模型作为城市道路交叉口建模研究的基础，并对细胞传输模型对于描述城市道路网络间断交通流的适用性进行了分析。.从感应困境分析入手（感应困境指当整个路网均使用感应控制时，整体效益反而下降。）与车流到达波动分析等现象入手，通过大量的实验，研究交通控制策略与交通流到达之间的匹配关系等。提出了基于博弈的自组织控制模型，将网络优化分解到相互叠加的基本协调单元优化，通过基本协调单元的相互耦合完成整个路网的优化, 克服了网络整体优化的复杂难解问题。基于新的信息与检测环境，建立了交通信号控制交叉口之间的预测模型与互动模型，交叉口之间既考虑自身的效益，又考虑下游交叉口效益，实现整个路网的自组织协调，不需要强制的共同周期与相位差，反应更加迅速。通过多场景实验，该自组织模型能够有效的提高路网的整体效益，包括过饱和情况。.以避免交叉口出现死锁和减少绿灯时间浪费为目标，利用交通流波动理论，建立了一种过饱和条件下的信号交叉口协调控制的可靠性优化模型，并提供了可靠性区间的计算方法。该模型以控制排队溢出形式和上下游交叉口通行能力匹配作为约束条件，以增大排队溢出缓冲时间作为优化目标。通过仿真试验表明，该策略可以减少延误 24. 6%，同时交叉口的死锁概率降低30% ，能有效地承受过饱和交通流的冲击，提高路网的可靠性。.上述的成果对于提高路网效率、缓解交通堵塞具有良好作用，同时交通控制策略的适应性分析为智能交通控制系统的选型、新型交通控制系统开发提供理论支持，在此基础上已开发了若干系统，并在多个城市得到成功应用。