基于干线叠加的区域交通信号协调控制方法研究

目前，我国大中城市中绝大部分交叉口实施单点孤立信号控制，这种信号控制方式由于缺乏与其它交叉口的协调，经常会造成过长的车辆排队和不必要的延误，降低了交叉口运行效率，尤其是在交通需求不断增长的情况下，这一现象日益突出。因此，有必要在大中城市有条件的区域实施信号协调控制。基于此，本项目拟从我国城市路网结构特征入手，分析城市交通流分布特性；研究城市区域路网各干线、节点之间关联性，将复杂路网简化为以干线为基本单元的多个简单路网，建立基于干线叠加的区域交通控制子网划分技术；运用交通控制、交通流理论、运筹学、智能优化技术和信息检测技术，对区域信号控制的优化目标、配时优化方法、控制方案的过渡算法进行研究，建立适合我国道路结构、交通流运行特征的区域交通信号协调控制方法。其研究成果可丰富和完善交通控制理论，对提高城市路网运行效率、减轻交通拥堵具有重要的理论意义和实用价值。

目前，我国大中城市中绝大部分交叉口实施单点孤立信号控制，这种信号控制方式由于缺乏与其它交叉口的协调，经常会造成过长的车辆排队和不必要的延误，降低了交叉口运行效率。因此对协调方法的研究一直是交通领域关注的热点与难点，在交通管理控制领域有着重要的应用价值。本项目从我国城市路网结构特征入手，分析城市交通流分布特性；研究城市区域路网各干线、节点之间关联性，提出基于干线叠加的区域交通控制子网划分技术，建立适合我国道路结构、交通流运行特征的区域交通信号协调控制方法，通过实际调查、模拟仿真等实验手段初步标定了模型的典型参数，验证了模型的有效性。本项目具体研究内容如下：.(1)建立了干线信号协调方法.项目利用流量和时间占有率两参数，建立了新的交通强度优化模型，并利用生长曲线拟合得到了交通强度与周期之间的关系模型，确定了周期时长优化方法；考虑车流到达的波动性，项目提出了基于感应控制的干线协调控制方法；分析进口道车辆排队演化过程，以饱和周期内最大排队长度最小为优化目标，提出一种基于排队长度约束的饱和干线相位差优化方法。.（2）设计了基于干线叠加的交通控制子网划分技术.通过分析城市路网结构、运用运筹学、图论等知识建立基本路网拓扑结构模型；分析了子区划分算法与信号配时算法的内在联系，提出了交通信号控制目标集，提出了交通控制子区动态划分策略；分析了影响相邻交叉口划入同一子区的四个关键因素（周期时长差异、交叉口间距、路径流量差异、交叉口数量四个关键因素），分别建立了上述四个因素联合作用下的相邻交叉口协调关联度模型；基于图论知识对路网内的交叉口、路段元素进行变量表达，建立了闭环子区的判别算法，设计了交通控制子区初始划分与动态调整算法流程。.（3）建立了区域信号协调方法.根据车流到达情况，建立了交叉口相位差与效益指标的关系模型；提出了将复杂路网简化为简单路网的相位差优化方法；根据实际控制方式的需要和控制方案转化的平稳性与及时性，建立不同情况下的信号协调控制方案的平滑过渡算法。.（4）算法验证以.上研究成果为基础，采用实地数据对协调方法、子网划分算法进行了验证，确保算法有效性。