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交通网络流的信号预测控制研究

作　者: 王伟
导　师: 周永华
学　校: 北京交通大学
专　业: 智能交通工程
关键词: 交通流跟驰模型遗传算法预测控制仿真
分类号: U491.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
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内容摘要

随着经济发展和科技的进步,机动车辆也随之迅速增多,城市道路和公路的交通拥挤问题日益突出,由此造成了巨大的经济损失,也影响了人们的生活。如何有效地缓解交通拥堵问题已经引起了各国道路研究者的关注。为了减少和避免交通拥挤,应设法降低高峰交通时间里的交通需求,增大道路的通行能力。通过交错安排上、下班时间,鼓励公共交通的发展,限制私人汽车等等措施来调整交通需求；为了提高道路通行能力,人们积极致力于制造更优良的汽车,建造更多的道路等,但仅靠上述措施,仍不能有效地解决交通拥挤问题。因此,从交通控制角度,特别是对区域交通信号控制的研究具有重要的意义。本文以区域中的若干个交叉口的交通信号控制为研究对象,论文完成的主要任务如下：1.在已有的车辆跟驰模型的基础上进行研究并改进,建立了基于车辆跟驰理论的交通流仿真模型。2.首先,基于预测控制机理即预测模型、滚动优化和实时反馈的研究,提出了一种交通信号预测控制的方法。其次,根据对区域中交通流的研究建立了信号优化控制模型,并采用智能的遗传优化算法对其模型进行了求解(即对区域中的信号灯控制参数进行同步优化),获得最佳的信号配时方案。从而实现了区域中各路口信号灯的协调控制,确保了系统的性能指标(即等待放行的车辆数)最优。本文给出了建立模型的详细步骤以及遗传算法实现的流程。3.本文最后建立了一个微观交通仿真模型,并给出了微观交通仿真的框架以及仿真流程。在vc++6.0的环境下进行编程,其主要功能包括模拟路网中车辆的运行、交叉口信号配时的优化和算法的实施。针对设计的5个路口的路网,以区域中等待放行的车辆总数最少为目标函数,进行仿真并证实了交通信号控制能有效提高路网的通行能力。通过多次仿真,在相同的交通环境下,比较信号预测控制策略与定时控制策略、感应控制策略,证明了基于预测控制的交通信号控制的优越性。本文采用交通仿真,基本上实现了仿真技术和优化技术、预测控制和交通信号控制的有机结合,并得到了预期的结果,最后给出了今后的研究方向。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 引言  12-20
  1.1 论文选题背景和目的  12-13
  1.2 交通信号控制的发展历史  13-15
    1.2.1 国外研究概况  13-14
    1.2.2 国内研究概况  14-15
  1.3 交通信号控制的发展方向  15-16
  1.4 交通仿真概述  16-17
  1.5 论文的研究内容和组织结构  17-20
2 车辆跟驰的交通流建模  20-34
  2.1 跟驰理论概述  20-22
    2.1.1 跟驰特性  20-21
    2.1.2 跟驰原理  21-22
  2.2 车辆跟驰模型的研究综述  22-28
    2.2.1 国外跟车模型研究概况  22-26
    2.2.2 国内跟驰模型研究现状  26-28
  2.3 已有成果的评析  28-29
  2.4 本文选定的跟驰模型  29-32
    2.4.1 自由行驶  29-30
    2.4.2 跟驰行驶  30-32
  2.5 本章小结  32-34
3 预测控制  34-42
  3.1 预测控制的产生背景和应用前景  34-38
    3.1.1 预测控制的基本原理  35-38
  3.2 预测控制系统的参数选择  38-40
    3.2.1 预测时域长度P  38-39
    3.2.2 控制时域长度M  39
    3.2.3 采样周期T_0  39-40
  3.3 基于预测控制的交通信号控制  40-41
  3.4 本章小结  41-42
4 区域交通信号优化控制模型  42-64
  4.1 区域交通信号控制的基本概念  42-45
    4.1.1 区域交通信号控制的配时参数  42-44
    4.1.2 信号控制的评价指标  44-45
  4.2 基本假设  45
  4.3 问题描述  45-46
  4.4 区域交通信号优化控制模型的建立  46-53
    4.4.1 变量定义  47
    4.4.2 目标函数  47-51
    4.4.3 约束条件  51-53
    4.4.4 优化模型总结  53
  4.5 区域交通信号优化控制模型的求解  53-63
    4.5.1 应用于信号控制中的智能优化算法  53-54
    4.5.2 区域协调控制配时方案的生成  54-55
    4.5.3 遗传算法的基本原理  55-57
    4.5.4 编码与解码  57-58
    4.5.5 选择算子  58-60
    4.5.6 交叉算子  60-61
    4.5.7 变异算子  61
    4.5.8 适应度函数  61-62
    4.5.9 基于遗传算法的区域交通信号优化控制算法  62-63
  4.6 本章小结  63-64
5 路网交通流微观仿真建模  64-76
  5.1 微观交通仿真概述  64
  5.2 交通仿真系统的总体框架  64-65
  5.3 建立路网微观交通仿真模型  65-75
    5.3.1 路网模型  66-68
    5.3.2 车辆产生模型  68-71
    5.3.3 信号灯控制模型  71-73
    5.3.4 路口转向模型  73-75
    5.3.5 车辆运行模型  75
  5.4 本章小结  75-76
6 仿真及结果分析  76-86
  6.1 区域交通信号控制仿真研究  76-79
    6.1.1 仿真流程  76-79
  6.2 仿真结果分析  79-84
    6.2.1 比较信号预测控制策略与定时控制策略  79-82
    6.2.2 比较信号预测控制策略与感应控制策略  82-84
  6.3 本章小结  84-86
7 总结与展望  86-88
  7.1 论文总结  86
  7.2 研究展望  86-88
参考文献  88-90
作者简历  90-94
学位论文数据集  94

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