【摘 要】
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城市道路的交通需求随着我国机动车保有量的上升而不断提高,城市路网交通供给能力难以满足增长过快的交通需求,导致交通拥堵的发生频率与严重程度也在不断加剧。交通拥堵可分常发性交通拥堵和偶发性交通拥堵,在早晚高峰等出行需求较大的时段内,城市路网中存在交通需求超过正常通行能力的路段和交叉口,常发性交通拥堵的频繁发生使之成为了常发拥堵点,严重地制约城市道路网络的服务水平以及出行者的效率。因此,缓解常发拥堵点的
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城市道路的交通需求随着我国机动车保有量的上升而不断提高,城市路网交通供给能力难以满足增长过快的交通需求,导致交通拥堵的发生频率与严重程度也在不断加剧。交通拥堵可分常发性交通拥堵和偶发性交通拥堵,在早晚高峰等出行需求较大的时段内,城市路网中存在交通需求超过正常通行能力的路段和交叉口,常发性交通拥堵的频繁发生使之成为了常发拥堵点,严重地制约城市道路网络的服务水平以及出行者的效率。因此,缓解常发拥堵点的交通拥堵是城市交通需要重点解决的问题。交通信号控制是治理交通拥堵的重要手段,并且目前交通信息采集技术能够实现车流的追踪与溯源,识别对路网运行性能影响最大的关键路径,基于关键路径的交通信号协调控制策略也成为了研究热点。虽然,利用关键路径疏导拥堵车流在提升常发拥堵点的通行效率方面具有一定的成效。然而,目前基于关键路径的信号协调控制优化方法被动接受交通需求,未对交通需求进行主动限制,制约了信号控制的效果。基于此,本文针对常发拥堵点制定了一种包含主动限流和均衡交通负荷的主动式信号协调控制策略,并且均优先考虑了包含常发拥堵点的关键路径,提出了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。本文的主要研究工作如下:(1)常发拥堵点的交通特性分析与识别。介绍交通拥堵的定义以及分类,阐述常发拥堵点的成因以及常用的交通管控手段。对常发拥堵点的交通特性进行理论分析与实例分析,总结常发拥堵点发生拥堵时的交通特性及其交通参数的变化规律。提出了常发拥堵点的识别方法,建立了交通拥堵状态判别模型,并根据常发性交通拥堵特性使用3σ准则进行拥堵类型判别。(2)面向常发拥堵点的交通信号协调控制策略研究。分析交通拥堵状态下的信号协调控制策略,阐述不同策略的含义、优缺点以及适用条件。根据常发拥堵点的交通特性以及交通拥堵演化规律,明确交通拥堵在不同阶段采取的信号协调控制策略,提出了面向常发拥堵点的交通信号协调控制策略以及动态决策流程。对比经典的关联度计算模型,分析确定信号协调控制范围的主要影响因素,介绍基于路段交通量关联度的信号协调控制范围确定方法。利用路径交通量分担率与路段平均饱和度构建路径重要度计算模型,提出关键路径的识别方法。(3)面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法和模型研究。根据模型预测控制方法原理与结构,构建基于宏观基本图的主动限流控制模型,提出考虑关键路径的边界交叉口信号配时方案调整方法,实现交通需求的主动控制。使用元胞传输模型进行交通建模,描述交叉口与路段的运行状态。以优先疏导关键路径车流为原则,建立多目标信号控制优化模型,并使用NSGA-II多目标遗传算法进行求解。(4)实验验证与结果分析。利用实际路网的常发拥堵点以及周边区域的交通数据,在VISSIM交通仿真软件中将本文方法与干道协调控制方法对比。通过对仿真输出数据进行统计分析,实验结果表明:虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8s,但常发拥堵点的车均延误降低了15.7s,关键路径的车均延误与平均排队长度分别减少72.6s和26.1m。并且,路网整体的车均延误降低14.7%,驶出车辆数增加26.6%,验证了本文方法的有效性。本文针对常发拥堵点的交通拥堵,围绕关键路径提出了一种主动式、多层级的交通信号协调控制策略。基于宏观与中观交通流模型分别建立了主动限流控制模型与交通负荷均衡控制优化模型,在提高常发拥堵点通行效率方面取得了一定的成效。后续研究工作将在实际路网中验证本文方法的有效性,并进一步探讨动态调整协调控制范围边界的信号协调控制方法。
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