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1、 交通区域协调控制中的相位差优化方法的研究 摘 要：交通是城市发展的重要一环，交通问题与我们的生活息息相关。交通控制是解决各种交通问题的重要手段。随着交通控制技术的发展，人们对城市信号最优配时的研究工作已经由围绕孤立信号配时参数的研究转向在一个区域范围内对交通进行协调控制。而在城市交通系统协调控制中，相位差是重要的信号控制参数，对保证交通的顺畅流动起很大的作用，因此对相位差优化方法的研究至关重要。本文简单介绍了相位差的和路口间距、车速、交通流量以及车辆排队之间的关系，并研究了区域协调控制中相位差的一些设计方法。并选取城后街区域为实例，对此区域的四个交叉口进行了现状调查，确定以最小延误为目标，采
2、用结合法优化了城后区的相位差，最后用交通模拟软件vissim仿真对城后街区域的车辆运行状况进行了协调控制的模拟，对比了采用相位差优化后的延误时间，对此优化方法进行了简单评价。关键词：相位差；区域协调控制；最小延误；vissim仿真Research on Offset Optimization about An Urban Traffic Signal Control ApproachAbstract：Transport is an integral part of urban development, traffic problems are closely related to our li
3、fe. Traffic control is an important means to solve traffic problems. With the development of traffic control, signal optimal timing of the citys research work has shifted from around the study of is olated signal timing parameters in a regional context the coordination of traffic control. In coordin
4、ated control of urban traffic system, the phase difference is important for signal control parameters, to ensure the smooth flow of traffic played a big role, so the phase difference study on the optimization method of critical. This paper introduces phase difference and intersection spacing, speed
5、limits, traffic flow and the relationship between vehicle and study on regional coordination control method for design of phase difference in. And selected Cheng Hou sister regional for instance, on this regional of four a cross mouth for has status survey, determine to minimum delays for target, us
6、ed combined method optimization has Cheng Hou district of phase poor, last with traffic simulation software vissim simulation on city Hou Street regional of vehicles run status for has coordination control of simulation, compared has used phase optimization Hou of delays time, on this optimization m
7、ethod for has simple evaluation.Key words: An Urban Coordinated Control；Offset；Least Delay; vissim Simulation2目录1 概述11.1 课题背景及意义11.2 研究现状31.3 本论文的主要工作内容62 交通信号控制及相位差参数介绍72.1 交通协调控制中的基本概念72.2 相位差与各参数关系82.2.1 相位差的基本概念82.2.2 交叉口间车辆运行速度与间距92.2.3 区域交通流量112.2.4 车辆排队122.3 相位差设计方法122.3.1 确定相位差优化路口122.3.2 确定
8、公共信号周期142.3.3 图解法确定相位差142.3.4 修正相位差153 城后街区域相位差优化实例173.1 调查地点及时间的选取173.2 城后街区域交通数据调查采集173.3 城后街区域相位差优化273.4 本章小结294 相位差优化方法模拟评价304.1 VISSIM模拟软件的介绍304.2 仿真过程314.3 仿真结果及分析335 结论356 致谢367 参考文献3731 概述1.1 课题背景及意义人们生活离不开衣、食、住、行，行就是在人们的生活活动和社会生产活动中产生的，显然人类社会和交通密不可分。科技的迅猛发展，汽车的发明与汽车工业的崛起，让交通运输的格局发生了巨大转变，机车带
9、给了人们极大的便利，节约了大量时间成本，推进着人类文明的进程。随着城市化进程的加快，社会人口和机动车保有量直线上升，城市道路负担日益加重，交通问题愈发凸现，道路的拥挤、堵塞带来了各种问题：交通事故的上升、各种资源的浪费以及对环境的污染等等。在我国，交通的高速发展出现在80年代中期以后，改革开放以来，经济飞速成长，人们的生活水平大幅度提升。北京就是个典型的例子，北京市2015年2月发布的数据（如图1-1）显示2014年全市机动车拥有量高达559.1万辆，比上年末增加了15.4万，比十年前增加了近300万辆，不可避免的带来了交通拥堵。1993年，北京严重拥堵路段为27处，现今北京高峰期常规拥堵点有
10、 56 个，节假日等流量较大时拥堵点可达 143 个，早晚高峰时，汽车辆每小时的流量数超过1 万辆的交叉口达到了 31个，以至有些车辆行驶速度低至每小时7 公里，这种低速行驶不但耽误人们的出行时间，消耗资源，也严重污染着我们的生活环境：PM2.5随着尾气的排放持续增加，雾霾问题引起人们的极大关注。交通噪声污染也给公路两侧的市民带来困扰。交通控制是治理交通问题，改善交通现状的有效手段之一。它通过对机动车和驾驶员的引导，将道路上的交通流进行合理的疏导，能有效缓解和防止交通拥堵，从而改善交通拥挤带来的不良影响。但交通控制需要进行合理的优化，否则也容易引发拥堵。因为如果只对一个单个交叉口进行优化配时，
11、可能效果很好，但由于相邻的交叉口是互相关联的，当一个交叉口的配时出现变化，交通流的改变就会影响其相邻的若干个交叉口，同样相邻交叉口配时的调整，也会反过来作用于当前的交叉口。因此，只有从区域的战略目标出发，协调区域内各交叉口的配时，才能使得整体的效果达到最好，这就是区域协调控制。所以区域协调控制是交通控制发展的必然趋势。相较于点控,区域交通控制不仅需要确定路口的周期和绿信比,还要确定相邻路口之间的相位差。本文以优化相位差为手段，旨在优化区域交通状况。图1-1 汽车保有量柱状图 1.2 研究现状 目前国外的区域协调控制相对中国要更成熟一些，主要体现在一些比较成熟的信号控制系统上，如TRANSYT、
12、SCOOT、SCATS、RHODES等。它们的特点是：TRANSYT系统是英国交通与道路研究所提出的一种离线优化网络信号配时的程序，是当今世界上最著名的信号配时优化设计程序之一。该系统中区域协调控制的实现主要包括建立区域协调道路交通模型和对该模型优化两个部分组成。其中，建立区域协调道路交通模型由计算路网中车辆的延迟时间和停车次数来完成的；对该模型优化是通过计算在给定的一组符合最小绿灯约束的配时信号的控制下，路网的性能指标PI最小。PI由路网中所有的道路连线的延误时间和停车次数的加权和确定。SCOOT系统也是由英国交通与道路研究所在TRANSYT的基础上采用自适应控制方式，经过研究提出的动态交通
13、控制系统。SCOOT仍采用了TRANSYT的交通模型，吸收了TRANSYT各方面的有点，并因SCOOT的实时控制，获得了明显优于静态系统的效果，被很多国家采用。SCOOT的主要技术特征有：控制模式为联机(OnLine)实时控制，即动态模式；以PI最小为系统优化目标；参数S、O、C均通过建立优化数学模型计算；采用小步长渐近寻优法；检测器位于上游交叉口进口处。SCOOT系统是在TRANSYT的基础上发展起来的，其模型既优化原理均于TRANSYT相仿。他们的不同之处在于：TRANSYT是离线的而SCOOT是在线的，SCOOT是以实时测量的交通量数据为基础，用交通模型进配时优化。SCATS系统是由澳大
14、利亚新南威尔士道路和交通局(RTA)于20世纪70年代末研制成功的，从1980年起陆续在悉尼等城市安装使用。目前，世界上大约有50个城市正在使用SCATS系统。其主要技术特征有：采用地区级为联机，中央级为联机与脱机同时进行的控制模式；以饱和度作为系统优化的目标；调整S、O、C时在预先确定的方案中选择；寻优方法为比较选择法，无实时交通模型等。它的优点是结构易于改变，控制方案较为容易变换。但是SCATS系统也有几个明显不足：未使用交通模型，本质上是一种方案选择系统，因而限制了配时参数的优化程度；系统过分依赖于计算机硬件，除了PDPII系列数字计算机外，无法在其它计算机系统上方便实施；选择相位差方案
15、时，无车流实时信息、反馈，可靠性低。RHODES系统是由美国亚利桑那州立大学的EMirchandani等人开发成功并陆续在美国亚利桑那州进行了现场调试，结果表明该系统对半拥挤的交通网络比较有效。RHODES采用一种3层的递阶结构，优化目标为最小化平均车辆延误、最小化交叉口平均排队长度或最小化停车次数。而国内的研究主要以理论研究为主，目前还没有已经实现区域协调控制的成熟完整的信号控制系统。国内区域协调控制具有代表性的研究工作包括：五邑大学董友球利用QLearning算法优化目标区域内各交叉1：3的信号周期，把优化的目标区域按重要程度划分为若干干线并编排顺序，按顺序对各干线相邻两交叉口协调相位间的
16、相对相位差用QLearning算法进行优化，按同样顺序依次确定各交叉口的绿信比，并结合优化得到的相对相位差确定绝对相位差。对于多个交叉口的区域，随着交叉口数量的增多Q学习中用来存储状态动作对的QTable的空间成指数级增长，导致存储空间以及计算复杂度巨大从而无法完成QTable的迭代计算。兰州交通大学王春雷等人针对基本PSO算法的缺点，如易陷入局部极值点、搜索精度低等，引入了灾变模型，并采用双向并行策略，提出一种改进的PSO算法双向并行灾变粒子群优化算法(BPCPSO)并将其应用于城市区域交通信号控制中用来优化交叉口的信号周期，这篇文章的缺陷在于没有给出明确的优化目标。兰州交通大学钱勇生根据我国城市交通的特点，提出一种基于三群协同粒子群
