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《华南理工大学》 2017年
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车联网环境下快速公交车辆协同控制模型与方法研究

刘佳辉  
【摘要】:快速公交系统已经成为全球各大城市不可或缺的地面客流运输方式,然而日益恶化的道路交通条件对快速公交系统造成了不可避免的负面影响。本文提出车联网环境下快速公交车辆的协同控制模型,不仅丰富了车联网技术体系的理论基础,加速车联网技术在交通运输系统的推广应用;而且能够在一定程度上提高快速公交系统的服务水平,吸引更多的出行者,有利于缓解城市交通拥堵问题、降低交通运输系统的能源消耗和尾气排放。本文主要研究内容如下:(1)基于动态速度诱导的基本思想,建立了车联网环境下快速公交车队协同控制模型,定义了快速公交车辆的状态描述参数、车辆初始到达时间区间、车辆初始状态和目标状态。详细阐述了车辆编队的具体实现过程、如何根据车辆在队列中的关系计算车辆的目标状态以及车辆速度控制曲线的求解方法。在给定的初始状态和目标状态下,以车辆动力学特性、纵向安全间距和时空范围等为约束条件,以加速度干扰最小和非匀速运动时间的综合加权数值为优化指标,建立数学优化模型。最后基于改进的遗传算法,利用三段线性速度控制曲线求解车辆的动力学参数。(2)建立了车联网环境下基于预定模式的公交信号优先控制模型,并定义了相关的基本概念,包括:公交信号优先请求触发时间戳、公交车辆的到达时间戳、公交车辆的到达时间区间、预定时间戳和公交信号优先相位插入与绿灯重分配机制。以交叉口整体的人均延误时间为优化指标,以信号控制方案的相关参数、快速公交车辆的期望行驶速度和额外停站时间为决策变量,建立一个0-1混合整形规划模型。该模型可采用标准的分支定界法求解,由于决策变量数量较少、取值范围有限,亦可采用枚举法求解。从实际的工程应用层面上看,基于预定的快速公交信号优先控制模型的实现有赖于信号控制方案优化、车速诱导和公交车驻站时间诱导。(3)为了评估上文所述模型的效益,开发了车联网环境下快速公交仿真平台。从软件的需求分析出发,确定仿真系统的输入与输出,设计了一个具有并行运算功能的在线仿真系统,并定义若干关键类及其数据结构。基于Visual Studio 2010平台和VISSIM4.3微观交通仿真软件,利用C#高级开发语言实现了该仿真系统,为模型的评估、校正和改善奠定基础。通过车联网环境下快速公交仿真平台分析了快速公交车队协同控制模型和基于预定模式的快速公交信号优先控制模型的效益,仿真实验证明:快速公交车队协同控制能够降低BRT车辆的延误时间、减少停车次数并提高其可持续性;基于预定模式的快速公交信号优先控制模型优于传统的基于绿灯时间延长策略的信号优先控制模型,可减少交叉口整体的人均延误时间。敏感性分析表明在不同的绿信比条件下、不同的饱和度条件下,以上两个模型的效益依然可观。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U495

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