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基于CTM的城市干道交叉口信号联动优化控制研究

作　者: 谢晓忠
导　师: 李淑庆
学　校: 重庆交通大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 元胞传输模型 城市干道 信号控制 免疫遗传算法
分类号: U491.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着我国城市化进程的加快以及机动化水平的不断提高，城市交通问题不断出现并日益加剧，城市干道智能化控制系统的研究已成为在现有交通环境条件下，实现人、车、路的有效控制与管理以及解决当前城市交通问题的有效途径之一。城市干道信号控制技术与策略，作为改善路网服务水平的重要手段，是城市交通复杂系统建模过程中的必要环节，也是交通阻塞机理解析的重要影响因素，因此，需加大对城市干道交叉口信号优化控制技术与方法研究的力度。论文首先回顾了国内外关于城市干道交叉口信号控制技术的研究现状，归纳总结了各类控制理论与技术的优缺点及适应性应用范围，并启发新的、有效的、适用性范围广的控制技术应用于城市干道的迫切性。其次，通过分析城市干道交通流特征及其控制相关理论，在经典LWR宏观交通模型基础上，应用元胞传输模型(Cell Transmission Model)作为城市道路干道交叉口信号控制建模研究的基础：以城市干道交叉口进口道交通流为研究对象，对路网进行元胞划分及状态描述，建立了城市干道交叉口元胞传输模型；描述了城市干道交叉口交通流受到信号控制影响离散现象，模拟了交通流在道路网络上的动态演化；为合理控制城市干道交叉口交通流和优化信号配时，基于元胞传输模型，结合遗传算法和免疫机制，以绿灯时间、相位差为变量进行优化，设计了信号联动优化求解算法。为验证控制模型及优化方法的优越性，并对其应用特性进行初步探讨，以重庆市巴南区龙海大道作为仿真建模平台进行实例研究与分析。实例计算结果表明：该算法克服了以往优化在大范围内失效的缺点，与传统定时控制算法相比，车流总延误减少了45.7%。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 研究背景、目的与意义  7-8
    1.1.1 研究背景  7
    1.1.2 目的与意义  7-8
  1.2 国内外研究现状及水平  8-11
    1.2.1 城市交通信号控制发展历程  8-9
    1.2.2 干道信号联动控制研究现状及存在问题  9-11
  1.3 研究的主要内容及方法  11-14
    1.3.1 研究的主要内容  12
    1.3.2 技术路线  12-14
第二章 城市干道交通流特征及其信号联动控制基础  14-31
  2.1 城市干道交通流特征分析  14-20
    2.1.1 城市干道交通流流向特征  14-15
    2.1.2 城市干道联动系统外进口道车辆到达特性  15-18
    2.1.3 城市干道交叉口交通波理论  18-19
    2.1.4 城市干道车辆跟驰特性  19-20
  2.2 城市干道交叉口信号联动控制理论  20-21
    2.2.1 城市干道交通信号联动控制参数  20-21
    2.2.2 城市干道信号控制效益评价指标  21
  2.3 城市干道联动控制系统基本描述  21-26
    2.3.1 时间-距离图  22
    2.3.2 干道交叉口选用联动控制的依据  22-23
    2.3.3 干道交叉口信号联动控制的方式  23-25
    2.3.4 干道交叉口信号联动优化控制的目标  25-26
  2.4 传统城市干道联动定时控制方法  26-30
    2.4.1 配时所需的数据  26
    2.4.2 计算备用配时方案  26-29
    2.4.3 传统定时算法存在问题  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 元胞传输模型的分析与研究  31-48
  3.1 元胞自动机理论及其应用  31-37
    3.1.1 元胞自动机基本理论  31-34
    3.1.2 交通领域的元胞自动机应用  34-37
  3.2 交通流元胞传输模型  37-47
    3.2.1 交通流元胞传输模型产生  37-39
    3.2.2 CTM 路段模型  39-43
    3.2.3 城市干道的 CTM 分析  43-47
  3.3 本章小结  47-48
第四章 城市干道交叉口信号联动优化控制模型  48-59
  4.1 基于 CTM 城市干道交叉口联动优化控制模型  48-50
    4.1.1 目标函数  48-50
    4.1.2 假设与约束条件  50
  4.2 免疫遗传算法（IGA）实现  50-58
    4.2.1 免疫遗传算法理论基础  51-56
    4.2.2 基于免疫遗传算法的目标函数优化  56-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章 仿真案例分析  59-70
  5.1 干道路网结构  59-64
  5.2 参数设置与标定  64-65
  5.3 仿真结果分析  65-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 结论与展望  70-72
  6.1 主要研究结论  70-71
  6.2 论文不足之处与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
在学期间发表的论文及取得的科研成果  76

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 交通工程与公路运输技术管理 > 交通工程与交通管理 > 线路交通安全设施 > 交通信号
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