基于交通状态可控性分析的信号交叉口切换控制方法研究

Traditional oversaturated traffic control methods have not defined the controllability of intersection saturated traffic state to quantify the degree of traffic optimization and could not make sure the right control index for different traffic state subspaces.It is difficult to discribe traffic signal control strategy for different traffic control state in a same framework. In this project a basic framework of traffic switching control approach will be built based on oversaturated traffic signal controllability definition. Firstly, under traffic signal control conditions, traffic signal controllability concept will be redefined and traffic state space control model be built for single intersection and multi-intersections, then controllable traffic state subspace, uncontrollable traffic state subspace and critical traffic state will be ensured. Secondly, specific and feasible traffic control objects aimed at different traffic state subspaces will be selected to optimize the traffic state among intersections. Thirdly, switching control approaches will be applied to utilize traffic state optimization according to different traffic objects and overall stability conditions of traffic state smooth switching control need to be decided. Then MPC controller for single intersection and multi-intersections will be designed. Results of this project could provide new perspective of adaptive traffic signal control theory and technology.

传统的欠饱和和过饱和交通信号控制方法未能从控制角度界定交叉口交通流状态的可控性，在众多信号控制评价指标中难以从理论上分析不同状态下控制目标的合理性，且同一对象不同交通状态的信号控制策略无法进行统一描述。本项目从交通状态可控性分析入手着眼于构建不同交通状态下信号交叉口的切换控制模式:(1)研究建立信号控制条件下单交叉口和多交叉口区域的交通状态空间模型，根据交通状态空间的可控性划分重新定义信号控制输入条件下的饱和交通状态概念;(2)基于欠饱和、饱和、过饱和交通状态子空间的分解，研究选择合理的信号控制目标，确保各子空间交通状态控制的有效性;(3)将信号交叉口不同饱和交通状态空间之间的动态输入控制统一于切换系统的控制框架，研究不同交通状态下交叉口信号切换控制的稳定性条件，并设计实现一体化模型预测控制器。本项目的研究能够为解决不同交通状态下信号交叉口的自适应控制问题提供新的理论视角和实现途径。

传统的交通信号控制方法未能从控制角度界定交叉口交通流状态的可控性及饱和程度，难以从理论上分析不同饱和状态下控制目标的合理性，且在不同交通状态的连续控制过程无法进行统一的控制策略描述。项目从交通状态可控性分析入手构建了不同交通状态下信号交叉口的切换控制模式，主要工作及创新点如下：(1)深入研究了交叉口交通状态判别方法,基于交通流理论、交通波理论和现代控制理论分析交通信号控制控制输入对交叉口交通状态的影响机理,首次明确提出了交叉口状态可控性的理论定义,进而提出控制理论意义下的饱和、欠饱和和临界饱和状态；(2)对不同饱和状态下信号交叉口的优化指标进行差异性分析，提出了一种基于状态可控的交叉口切换控制策略；(3)对切换控制下交叉口交通状态稳定性进行了分析；(4)建立了统一的交通信号切换控制框架。在上述研究中，我们取得了一系列研究成果，并在基金支持下开发了多层次交通仿真平台、大范围移动交通信息采集与信号控制平台和交通信号控制平台，为研究中算法仿真验证提供平台支撑，为成果实际应用奠定基础。