大型多支路环形交叉口多目标自适应控制方法研究

论文摘要

环形交叉口诞生于二十世纪初,在交通负载低的情况下可以实现车辆的高效率不停车通行。部分城市保存了一些无信号控制的大型多支路环形交叉口,这些交叉口多位于城市中心,肩负着城市交通核心路由的功能,此类交叉口的代表有大连市中山广场,巴黎凯旋门广场等。伴随着城市交通负载逐渐增大,无信号控制的环形交叉口逐渐成为了城市里新的拥堵点。研究发现,当环形交叉口环道车流密度等于某个值时,通行能力达到最大,我们称对应的环道车流密度为“最佳通行密度”。当环形交叉口的负载过大时,如果不对驶入的车辆进行控制,交叉口环道的车辆数将超过“最佳通行密度”,导致交叉口的通行能力下降。基于以上分析,本文设计并实现了一个大型多支路环形交叉口高交通负载下的信号控制模型。本文提出了一种基于精确预测的大型多支路环形交叉口多目标自适应控制方法LMRC。文章分析了大型多支路环形交叉口在无信号控制的情况下通行能力随着交通负载的变化趋势,并对“最佳通行密度”进行了定义；LMRC将大型多支路环形交叉口的控制问题抽象为一个多目标优化问题,通过不断优化多个控制目标使得交叉口的最佳通行密度动态提升；本文使用粒子群算法对多个优化目标进行迭代,最佳通行密度在迭代过程中逐渐提升并达到稳定；通过信号控制将环形交叉口内的车流维持在最佳通行密度,使得环形交叉口的通行能力保持一个较高的水平。本文以一个典型的十支路环形交叉口——大连市中山广场为对象对LMRC的有效性进行了验证。本文首先对中山广场的路网拓扑结构进行调查,并采集了十组交通高峰时段的交通流数据,以此为基础利用多组实验确定中山广场的最佳通行密度；之后将交通高峰时段的交通负载在VISSIM仿真平台进行还原并进行控制,与无控制时进行对比验证控制方法的有效性。实验结果表明：引入LMRC之后,中山广场在交通高峰时段通行能力提升约40%,车辆通过广场及周边区域的旅行时间缩短约30%。控制方法可以应用到其他同类的大型环形广场,有较高的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 环形交叉口发展历程
• 1.3.2 国外环形交叉口研究
• 1.3.3 国内环形交叉口研究
• 1.4 本文结构
• 2 评价指标和相关概念
• 2.1 评价体系
• 2.2 评价指标简介
• 2.3 基本评价指标
• 2.3.1 车辆延误
• 2.3.2 车辆排队长度
• 2.4 扩展评价指标
• 2.4.1 车辆总延误
• 2.4.2 最大排队长度
• 2.5 环形交叉口概念
• 2.5.1 待驶入车辆数
• 2.5.2 驶入（出）车辆数
• 3 多目标粒子群求解
• 3.1 多目标问题
• 3.1.1 问题数学描述
• 3.1.2 问题求解方法
• 3.2 粒子群算法
• 3.2.1 群智能算法
• 3.2.2 基本粒子群
• 3.2.3 多目标粒子群
• 3.3 LMRC控制模型
• 4 控制模型介绍
• 4.1 交通信息采集
• 4.2 车流信息还原
• 4.3 最佳通行密度
• 4.4 多目标控制策略
• 4.4.1 约束条件
• 4.4.2 控制目标
• 4.4.3 问题求解
• 4.4.4 选解方法
• 4.5 控制策略优化
• 5 中山广场仿真实验
• 5.1 仿真系统介绍
• 5.2 交通信息采集
• 5.3 重现中山广场
• 5.4 确定最佳通行密度
• 5.5 控制及结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢