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城市干道动态交通控制系统研究

作　者: 沙尧尧
导　师: 陆百川
学　校: 重庆交通大学
专　业: 交通运输工程
关键词: 干道动态控制半实物仿真协调控制数解法改进绿波软件
分类号: U491.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着经济的快速发展，城市人口以及机动车保有量的大幅度增长，城市的交通拥堵问题也越来越严重，交通治堵俨然成为头号实事。针对目前严峻的城市交通拥堵问题，智能交通系统（ITS）为解决城市交通问题扮演着越来越重要的角色。在ITS的应用中，将一条主干道上几个交叉口联动起来的线控协调技术是实现干道优化控制的一种重要技术，目前比较成熟的干道控制技术主要集中于静态定时式交叉口干道协调控制（静态线控），但这对于干道交通的改善效果并不明显，因此本文将对城市干道动态交通进行研究，设计并实现了城市干道动态交通控制系统（动态线控）。首先，本文简要介绍了交通信号控制的基本概念、分类及线控系统中关键参数，引出城市干道动态交通控制系统的定义，分析并设计了干道系统的总体架构，介绍了组成系统的每个部分应该具有的功能，根据研究需要，设计并搭建了基于半实物仿真技术的动态线控的仿真平台。其次，在干道模型研究中遵循先点后线的思路，交叉口优化配时采用TRRL法，简要介绍了关键参数计算模型。考虑到工程应用的稳定性与易实施性，深入研究并改进了数解法，遵循最大绿波带设计理念,结合实际算例,对经典数解算法在最佳公共周期确定、最佳理想交叉口间距的确定以及最佳相位差的选取上存在的问题进行深入剖析,提出了一种新的理想交叉口间距取值范围确定法则,确保最佳理想周期计算出的时长不会小于关键周期；针对确定最佳理想交叉口间距出现不只一个最大b值情况，建立了一条可靠的最佳理想交叉口间距选取原则；针对理论绿波带与实际生成的绿波带不一致现象，改进了最佳相位差选取方法，给出了一种新的通过带宽度计算方法。接着分析并设计理想信号与实际信号的相对位置图与时空图输出算法。算例分析表明,改进后的经典干道协调控制信号配时数解算法能确保计算得到的最佳公共信号周期与通过带宽度更为准确、有效。然后，本文详细设计并实现了干道绿波协调控制系统软件，首先说明了软件开发的目标，然后从软件的需求分析，软件包含功能模块，软件包含对象以及核心类之间的关系等几个方面概述了软件设计前的一些必要分析，阐述了系统的概要设计以及系统的数据库设计；重点是结合已经实现的软件，图文结合的方法阐述了软件的每个模块的实现内容，并对其中的核心算法进行认真分析。最后，以重庆市新南路为研究对象，将本文取得的核心研究成果应用于实际控制系统之中并分析应用现状，与应用前相比，在协调方向上，交叉口的停车率、延误均比应用前降低了10%以上，信号交叉口的通行能力也提高10%以上。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究目的及意义  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-14
    1.3.1 干道交通控制系统国内外研究现状  11-13
    1.3.2 半实物仿真系统在交通领域的发展  13-14
  1.4 本文的研究内容及结构安排  14-17
  1.5 小结  17-18
第二章交通信号控制的基本理论  18-25
  2.1 城市道路的分类  18-19
  2.2 道路交通控制与道路交通信号控制  19-20
  2.3 交通信号控制分类  20-22
  2.4 线控系统中的关键参数  22-24
    2.4.1 周期  22
    2.4.2 绿信比  22
    2.4.3 相位差  22-23
    2.4.4 交叉口间距  23-24
    2.4.5 车速  24
  2.5 小结  24-25
第三章城市干道动态系统总体设计与仿真平台搭建  25-35
  3.1 城市干道动态交通控制系统的定义  25-26
  3.2 系统的组成  26-30
    3.2.1 交通信息采集模块  27-28
    3.2.2 交通信号控制机  28-29
    3.2.3 通信网络模块  29
    3.2.4 干道协调控制模型  29-30
    3.2.5 控制中心（干道绿波协调控制软件）  30
  3.3 系统的工作原理  30-32
  3.4 半实物仿真及仿真平台搭建  32-34
    3.4.1 半实物仿真的基本理论  32-33
    3.4.2 仿真平台搭建  33-34
  3.5 小结  34-35
第四章干道协调控制模型研究  35-64
  4.1 单交叉口信号优化控制模型研究  35-43
    4.1.1 设计交通量计算模型  37
    4.1.2 饱和流量估算模型  37-38
    4.1.3 流量比计算模型  38
    4.1.4 单点交叉口信号配时模型  38-40
    4.1.5 单点信号交叉口通行能力模型  40
    4.1.6 单点信号交叉口饱和度计算模型  40-41
    4.1.7 单点信号交叉口延误估算模型  41-42
    4.1.8 信号交叉口停车率计算  42-43
  4.2 干道绿波协调控制理论模型研究  43-63
    4.2.1 经典数解法算法  43-47
    4.2.2 经典数解法的改进  47-51
      4.2.2.1 最佳公共周期的确定  47
      4.2.2.2 最佳理想交叉口间距的确定  47-49
      4.2.2.3 最佳相位差的选取  49-51
    4.2.3 基于改进数解法的绿波协调控制理论计算步骤  51-55
    4.2.4 理想信号与实际信号的相对位置图的输出  55-57
    4.2.5 时空图的输出  57-63
  4.3 评价指标  63
  4.4 小结  63-64
第五章干道绿波协调控制系统软件设计与实现  64-102
  5.1 需求分析  64-68
  5.2 确定对象及类  68-71
  5.3 概要设计  71-76
  5.4 数据库设计  76-82
    5.4.1 数据库概念设计  77-78
    5.4.2 数据库逻辑设计  78-82
  5.5 功能模块设计与实现  82-101
    5.5.1 系统设置  82-83
    5.5.2 权限和安全模块  83-84
    5.5.3 离线优化配时模块  84-97
      5.5.3.1 工程管理  84-85
      5.5.3.2 交叉口设置  85-88
      5.5.3.3 车道设置  88-91
      5.5.3.4 时间设置  91-92
      5.5.3.5 相位设置  92-93
      5.5.3.6 干道设置  93-96
      5.5.3.7 离线方案生成  96-97
    5.5.4 在线方案选择  97-99
    5.5.5 在线方案生成  99-101
  5.6 小结  101-102
第六章应用与案例分析  102-119
  6.1 新南路概况  102-103
  6.2 应用前参数调查  103-112
    6.2.1 新南路各个交叉口的几何参数  104-108
    6.2.2 新南路流量数据  108-110
    6.2.3 信号配时方案  110-112
  6.3 应用现状分析  112-118
    6.3.1 协调控制配时方案库建立  112-115
    6.3.2 实际系统运行分析  115-118
  6.4 本章小结  118-119
第七章总结与展望  119-122
  7.1 论文结论  119-120
  7.2 论文展望  120-122
致谢  122-123
参考文献  123-126
在学期间发表的论著及参与的科研项目  126-127
附录：程序关键代码  127-135

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