基于交通波理论和宏观基本图的同时考虑交叉口上下游排队的交通控制方法研究

Queue build-up and dissipation process of signalized intersections as well as the interaction between the upstream and downstream queues are the core issues in the traffic control. Shockwave Profile Model (SPM) which based on traffic wave theory can track queuing dynamics more conveniently, and also can calculate travel time, delay, stops and some other related performance indicators. Microscope Fundamental Diagram (MFD) describes the relationship between the total number of vehicles at any given time (the accumulation) and the rate at which trips reach their destinations (the output). Depending on MFD of a specific area, we can apply perimeter control strategies to ensure that the vehicular accumulation is maintained as closely as possible to its sweet-spot value which can maximize the output, and the gridlock regime never arises. We further validate and perfect SPM using camera surveillance data, and find out MFD of a specific area by simulation analysis. Based on the works we mentioned, we define a novel traffic control theory and method considering the upstream and downstream queues based on SPM, and perimeter control strategies based on MFD. The novel method we proposed here can help design and evaluate arterial control strategy and area regional control strategy more conveniently and efficiently. This method also provides a more perfect theory to assist designers to make decisions to relief traffic pressure.

信号交叉口的排队形成与消散过程以及交叉口上下游排队之间的交互作用是交通控制中的核心问题，而基于交通波理论的冲击波剖面模型SPM能够方便地跟踪排队过程，计算行程时间、延误、停车次数等性能指标。宏观基本图MFD描述了路网中任何时间的车辆总数和网络流出量之间的关系，基于MFD的周边控制策略确保网络车辆总数在最优值附近，并最大化网络流出量，不会导致网络交通到达锁死状态。通过视频调查进一步验证和完善SPM模型，通过仿真分析确定MFD，然后研究基于SPM模型的"同时考虑交叉口上下游排队"的战术控制策略与基于宏观基本图的战略控制策略（周边控制策略）相结合的交通控制理论和方法，能够简便、快速地设计和评价干线控制方案（线控）、区域控制方案（面控），为缓解实际网络交通压力提供了更完善的理论依据。

信号交叉口的排队形成与消散过程以及交叉口上下游排队之间的交互作用是交通控制中的核心问题。为此本项目根据现场调查、视频检测、线圈检测等得到的数据，研究了交通流特性及相应的交通控制理论、模型和算法，并基于PARAMICS、VISSIM和MATLAB等软件，编制了交通控制分析程序，建立了交通仿真模型，进行了算例分析。主要研究成果如下。. 改进了冲击波剖面模型(SPM模型)，研究干线的宏观基本图特性，宏观基本图能清楚地描述了干线从通畅到拥挤直至拥堵的全过程。. 对北京快速路实测数据的研究表明三元混合分布模型对车头时距分布规律的拟合效果明显优于二元混合分布模型、对数正态分布模型、威布尔分布模型等。. 基于PARAMICS仿真，研究路网宏观基本图（MFD）特性，得到路网的宏观流量、宏观密度、车辆分布不均匀度以及处于不同密度区间的路段比例之间的具体模型形式，并探索了路径选择行为与路网不均衡性对基本路段流密模型以及MFD模型参数的影响。. 研究了间断流条件下路段速度—密度关系的四参数Logit模型，通过实际数据验证，得到的一般的四参数Logit模型的拟合优度为0.7左右，能够较为准确描述间断流速度—密度关系。. 研究了城市路网间断流条件下的流量—密度关系，研究表明模型计算结果与仿真结果的最大相对误差绝对值和平均相对误差绝对值分别为10.07%和6.39%。. 分析了孤立信号交叉口的延误以及考虑非均匀到达流率的干线信号协调控制交叉口的延误，提出了一种相邻交叉口双向协调控制效益的快速评估方法。. 改进了基于线圈检测器数据的瓶颈识别方法，提出了基于OD数据的多点联动瓶颈控制算法，控制区域交通需求，优化控制节点的信号方案。VISSIM仿真结果表明：与常规控制方案相比，新方案下的瓶颈路段的最大排队长度降低了31.39%，区域车均延误降低了26%。. 以上交通控制理论和方法能够简便、快速地设计和评价干线控制方案（线控）、区域控制方案（面控），为缓解实际网络交通压力提供了更完善的理论依据。