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饱和状态下干道协调控制优化方法研究

郭亚娟  
【摘要】:纵观世界发达国家可以发现,交通拥堵是其经济快速发展过程中的必经阶段。目前中国也处于该时期,道路的建设速度远远赶不上车辆的增长速度,现有道路资源以及道路管理所能提供的交通供给远远满足不了受经济刺激而生成的居民出行需求,最终导致交通方面供需矛盾日渐突出的局面。其实,造成交通拥堵的主要原因在于交通管理者的传统管理理念,即习惯用低饱和交通的做法去处理饱和交通问题,致使饱和交通出现秩序混乱和车辆堵塞的恶性循环,同时伴有事故多发的症状。解决饱和交通问题的首要前提是明确低饱和交通状态和饱和交通状态的本质区别和相互关联,又考虑到干道协调控制实质上是调整城市路网整体交通压力的必要手段,故本文围绕饱和状态下干道协调控制优化方法展开研究,完成的主要科研工作概括如下:第一,结合饱和状态的交通特性,重新描述饱和状态定义并给出延伸定义,即时间维度饱和系数和空间维度饱和系数。为了对其进行标定,利用线圈检测数据,提出基于冲击波的滞留排队估计方法,进而得到基于滞留排队的饱和系数计算公式,这些公式不仅达到了饱和状态的辨识目的,还从不同侧重点定量分析了饱和状态的程度。第二,确定公用信号周期备选范围的优化方法。一方面,为了防止排队溢流问题的发生,选取饱和状态持续时间内排队长度最小化为优化目标,构建了最小周期时长优化模型;另一方面,以交叉口总的平均延误最小为优化目标,推导出最大周期时长优化模型。第三,提出了饱和状态下绿信比优化策略即等饱和度分配和不等饱和度分配的结合法,其中等饱和分配法即Webster法,不等饱和度分配法则根据相位绿信比优先分配权的顺序不同提出了两种方法。饱和状态下绿信比优先分配权的引入十分重要,所形成的不等饱和度分配法可以尽快消散交通需求较大方向的拥挤车流,交叉口各个方向也可根据实际交通流量轮流获得绿信比优先分配权,从而一步步缓解各个方向拥挤车流,达到预防和快速消散拥堵现象的目的。第四,研究饱和状态下考虑排队长度的相位差优化方法。利用相位差随滞留排队长度实时变化的特性调节相位差,并设置滞留排队长度完全消散和排队溢流两种临界状态约束相位差,以此提高干道系统的整体运行效率。第五,结合中国国情,提出了饱和状态下改进的混合放行双向绿波线控模型,重点提出了模型中双向不同带宽需求比例系数的标定方法,同时分析了干道绿波协调优化流程及适用性。最后对该模型进行了算例分析,通过Trans Modeler仿真实验平台综合有效地验证了改进模型的科学合理性。


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