城市智能公共交通中的信号优先自组织优化理论研究

Transit Signal Priority (TSP) is an important research content in the developing of intelligent public transport. However, there exist some limitations and difficulties in the research of TSP control like its small control area, difficult to adapt to the change of traffic flow quickly and so on. This study will base on synchronization theory of complex network, propose a networked, distributed and self-organizing control theory for transit signal priority. We use non-linear coupling oscillator method to synchronize the public transport signal of each node, and then apply the offset to achieve a networked, self-organizing transit signal priority. At same time, we study how to improve the proposed theory when dynamic public transport scheduling is involved to coordinate TSP and when under two special conditions. Besides, the study also analyzes how different topological structure of public transport affects the TSP in upper layer of traffic control system. This project studies originally the theory of transit signal priority in urban public transport, and focuses on both the scientific research and practical applications. The expected results will provide a reliable basis for the development of urban public transport and traffic control. Therefore, it has important scientific significance and practical value.

城市智能公共交通的信号优先是智能交通发展中的一个重要研究内容。然而，目前对公交信号优先的研究中出现了优先范围小、无法针对交通状况而自适应变化等一些亟待解决的局限和难点。本课题将以复杂网络同步理论为线索，构建城市公交信号网络化、分散式、自组织优先的控制理论。研究采用非线性耦合振荡器的方法对城市公交信号进行同步，并配合相差达到网络化自组织信号优先的效果。同时，研究公交车辆调度与所提出自组织信号优先的动态配合方法以及特殊条件下对控制策略的改进，以便更好的完善控制理论。此外，针对公交网络拓扑结构和网络特性的不同，分析其对系统上层网络化信号优先的影响。本项目在理论上对城市公共交通中的信号优先控制问题进行原创性的研究，并注重科学与实际应用的结合。所得成果，将为智能公共交通系统的发展提供可靠理论支持和技术保证，具有重要的科学意义和实际应用价值。

本项目主要立足于复杂网络中同步现象，研究城市公共交通网络信号优先的网络化、分散式、自组织控制等理论。在本项目在预研阶段和项目正式启动后三年时间中，顺利完成了在城市车流密度大的条件下，利用交通网络的动力学特性来构建快速实现公共交通车辆信号优先的理论基础研究，以及与此配合的公交车辆动态调度算法；完成了在车流条件改变的情况下，如何使公交信号网络自组织式的进行重新优化的工作。在解决这些问题的同时，我们关注到用车路协同技术在调度车辆时，许多研究人员在路口提出的各种优化调度算法均对计算时间上有较高的要求，然而对于该问题的时间计算复杂度仍然没有明确的结论。针对这一问题，我们研究并证明了在基于车路协同控制下，交叉路口的车辆调度最优解的时间计算复杂度。这些研究对公共交通网络公交优先的信号优化技术有着重要的科学意义。.此外，我们结合依托单位的研究特色，将理论研究过程中涉及到的与团队研究方向相关的内容进行拓展。对系统理论在智能交通及控制方面，尤其是多智能体控制方面进行了深入的研究。针对这一点，我们提出了新的控制器和证明，很好的解决了在异构多智能体系统的输出一致性控制的研究中，同时保持系统稳定性、跟踪时，传统采用p-copy方案下系统控制的复杂度过大的问题。同时，对存在扰动的情况下系统的输出一致性问题，我们选定了系统模型参数的不确定性在二次界的约束下的情况，指出其稳定性的问题直接指向了H infinity的鲁棒控制问题，并且计算出了确定的鲁棒界限，这一点有较为重要的科学意义。.在项目预研期间以及项目执行期间，所得研究成果共发表论文15篇，其中期刊杂志7篇，国内外重点会议8篇，超额完成了项目成果目标。在项目执行过程中，我们结合研究部分成果和新出现一些方法与思路，申请了四川省科技项目2项。