交通信号控制系统中的数据处理及博弈控制算法研究

论文摘要

城市的交通状况直接影响该市经济的发展、人民生活质量的提高。而交叉口作为城市交通路网中的“核心”,是产生交通拥堵的多发地点。其信号控制方法也是影响城市路网道路通行能力的主要因素,因此寻找交叉口交通信号控制的新思路和新方法以最大化利用有限的道路资源就显得尤为重要了。博弈论作为一种共赢的理论,主要解决的是多人多目标且目标函数相互矛盾的问题,可用来研究最优信号控制策略问题；另一方面,现有的交通信号控制系统的可扩展性有限,致使许多成熟的智能控制算法只停留在仿真阶段,未能真正在实际中应用,因此开发出一种扩展性较强的交通信号控制系统是十分必要的。针对上述两个方面的需求,本文提出一种扩展性强且完成支持各种复杂控制算法的交通信号控制系统。通过对该系统中数据采集设备得到的交通数据进行处理,得到对控制算法做适应性条件分析的合理流量段划分阈值,将多人合作博弈算法在Paramics仿真软件中进行仿真分析,得出该算法在单交叉口信号灯控制中的应用条件。本文主要研究以下两个方面：(1)通过对由数据采集设备得到的实时交通数据做初步分析,甄别出能反映交叉口交通状态的信息量,建立交叉口交通状态数据词典。从此数据词典中取大量的历史交通流量数据并做聚类分析,获得路口的交通数据特征,建立能够反映路口数据内在结构的合理的流量段划分阈值,为控制算法做适应性条件分析奠定基础。(2)对城市交通信号控制中存在的博弈特性进行分析,在此基础上深入剖析单交叉口四相位信号控制模式中存在的博弈特性,将单交叉口信号控制问题诠释为理性参与人之间存在的冲突和耦合问题。利用多人合作博弈理论,建立相应的信号控制博弈模型并对该博弈模型进行求解。通过在仿真软件中对该控制算法的仿真分析,得出多人合作博弈算法应用在单交叉口四相位信号控制中的适用条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 城市交通信号控制技术的研究概述
• 1.2.1 城市交通信号控制技术的历史沿革
• 1.2.2 几种典型的城市交通信号控制系统
• 1.2.3 城市交通信号控制方法
• 1.3 城市交通信号控制中存在的问题及解决途径
• 1.4 课题来源及主要研究工作
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 主要研究工作
• 2 基于平行仿真技术的交通信号控制系统简介
• 2.1 引言
• 2.2 交通信号控制系统整体构架
• 2.3 交通信号控制系统各模块的工作原理
• 2.3.1 数据采集模块
• 2.3.2 数据处理模块
• 2.3.3 控制算法适应性离线分析模块
• 2.3.4 控制算法在线选择模块
• 2.3.5 信号机实施模块
• 2.4 交通信号控制系统各模块间的信息传递
• 2.5 交通信号控制系统的特点
• 2.6 本章小结
• 3 交通数据处理方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 实时交通数据处理方法及实现
• 3.3 历史交通数据处理方法及实现
• 3.3.1 历史交通数据处理方法
• 3.3.2 历史交通数据统计分析方法仿真研究
• 3.4 本章小结
• 4 基于多人合作博弈的单交叉口多相位信号控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 博弈论相关理论知识
• 4.2.1 博弈论的发展历程
• 4.2.2 博弈论的基本要素及其分类
• 4.2.3 多人合作博弈
• 4.3 博弈论在交通领域的应用
• 4.4 交叉口交通信号控制的博弈特性及模型分析
• 4.4.1 交叉口交通信号控制博弈特性分析
• 4.4.2 交叉口交通信号控制的博弈模型分析
• 4.5 基于多人合作博弈的单交叉口信号控制方法
• 4.5.1 单交叉口四相位信号控制博弈特性分析
• 4.5.2 单交叉口四相位信号控制博弈模型建立
• 4.5.3 单交叉口四相位信号控制博弈模型求解
• 4.6 仿真研究
• 4.6.1 仿真技术路线
• 4.6.2 仿真软件Paramics简介
• 4.6.3 基于HCM2000的定时控制简介
• 4.6.4 仿真流程
• 4.6.5 Paramics仿真建模
• 4.6.6 仿真结果分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 基于平行仿真技术的交通信号控制系统构架图
• 在学研究成果
• 致谢