【正文】 影響。交通噪聲污染也給公路兩側(cè)的市民帶來(lái)困擾。北京就是個(gè)典型的例子，北京市2015年2月發(fā)布的數(shù)據(jù)（如圖11），比十年前增加了近300萬(wàn)輛，不可避免的帶來(lái)了交通擁堵。隨著城市化進(jìn)程的加快，社會(huì)人口和機(jī)動(dòng)車(chē)保有量直線上升，城市道路負(fù)擔(dān)日益加重，交通問(wèn)題愈發(fā)凸現(xiàn)，道路的擁擠、堵塞帶來(lái)了各種問(wèn)題：交通事故的上升、各種資源的浪費(fèi)以及對(duì)環(huán)境的污染等等。 交通區(qū)域協(xié)調(diào)控制中的相位差優(yōu)化方法的研究畢業(yè)論文 目錄1 概述 1 課題背景及意義 1 研究現(xiàn)狀 3 本論文的主要工作內(nèi)容 62 交通信號(hào)控制及相位差參數(shù)介紹 7 交通協(xié)調(diào)控制中的基本概念 7 相位差與各參數(shù)關(guān)系 8 相位差的基本概念 8 交叉口間車(chē)輛運(yùn)行速度與間距 9 區(qū)域交通流量 11 車(chē)輛排隊(duì) 12 相位差設(shè)計(jì)方法 12 確定相位差優(yōu)化路口 12 確定公共信號(hào)周期 14 圖解法確定相位差 14 修正相位差 153 城后街區(qū)域相位差優(yōu)化實(shí)例 17 調(diào)查地點(diǎn)及時(shí)間的選取 17 城后街區(qū)域交通數(shù)據(jù)調(diào)查采集 17 城后街區(qū)域相位差優(yōu)化 27 本章小結(jié) 294 相位差優(yōu)化方法模擬評(píng)價(jià) 30 VISSIM模擬軟件的介紹 30 仿真過(guò)程 31 仿真結(jié)果及分析 335 結(jié)論 356 致謝 367 參考文獻(xiàn) 3731 概述 課題背景及意義人們生活離不開(kāi)衣、食、住、行，行就是在人們的生活活動(dòng)和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的，顯然人類(lèi)社會(huì)和交通密不可分?？萍嫉难该桶l(fā)展，汽車(chē)的發(fā)明與汽車(chē)工業(yè)的崛起，讓交通運(yùn)輸?shù)母窬职l(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，機(jī)車(chē)帶給了人們極大的便利，節(jié)約了大量時(shí)間成本，推進(jìn)著人類(lèi)文明的進(jìn)程。在我國(guó)，交通的高速發(fā)展出現(xiàn)在80年代中期以后，改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)飛速成長(zhǎng)，人們的生活水平大幅度提升。1993年，北京嚴(yán)重?fù)矶侣范螢?7處，現(xiàn)今北京高峰期常規(guī)擁堵點(diǎn)有 56 個(gè)，節(jié)假日等流量較大時(shí)擁堵點(diǎn)可達(dá) 143 個(gè)，早晚高峰時(shí)，汽車(chē)輛每小時(shí)的流量數(shù)超過(guò)1 萬(wàn)輛的交叉口達(dá)到了 31個(gè)，以至有些車(chē)輛行駛速度低至每小時(shí)7 公里，這種低速行駛不但耽誤人們的出行時(shí)間，消耗資源，也嚴(yán)重污染著我們的生活環(huán)境：，霧霾問(wèn)題引起人們的極大關(guān)注。交通控制是治理交通問(wèn)題，改善交通現(xiàn)狀的有效手段之一。但交通控制需要進(jìn)行合理的優(yōu)化，否則也容易引發(fā)擁堵。因此，只有從區(qū)域的戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)各交叉口的配時(shí)，才能使得整體的效果達(dá)到最好，這就是區(qū)域協(xié)調(diào)控制。相較于點(diǎn)控,區(qū)域交通控制不僅需要確定路口的周期和綠信比,還要確定相鄰路口之間的相位差。圖11 汽車(chē)保有量柱狀圖 研究現(xiàn)狀 目前國(guó)外的區(qū)域協(xié)調(diào)控制相對(duì)中國(guó)要更成熟一些，主要體現(xiàn)在一些比較成熟的信號(hào)控制系統(tǒng)上，如TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES等。該系統(tǒng)中區(qū)域協(xié)調(diào)控制的實(shí)現(xiàn)主要包括建立區(qū)域協(xié)調(diào)道路交通模型和對(duì)該模型優(yōu)化兩個(gè)部分組成。PI由路網(wǎng)中所有的道路連線的延誤時(shí)間和停車(chē)次數(shù)的加權(quán)和確定。SCOOT仍采用了TRANSYT的交通模型，吸收了TRANSYT各方面的有點(diǎn)，并因SCOOT的實(shí)時(shí)控制，獲得了明顯優(yōu)于靜態(tài)系統(tǒng)的效果，被很多國(guó)家采用。SCOOT系統(tǒng)是在TRANSYT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其模型既優(yōu)化原理均于TRANSYT相仿。SCATS系統(tǒng)是由澳大利亞新南威爾士道路和交通局(RTA)于20世紀(jì)70年代末研制成功的，從1980年起陸續(xù)在悉尼等城市安裝使用。其主要技術(shù)特征有：采用地區(qū)級(jí)為聯(lián)機(jī)，中央級(jí)為聯(lián)機(jī)與脫機(jī)同時(shí)進(jìn)行的控制模式；以飽和度作為系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)；調(diào)整S、O、C時(shí)在預(yù)先確定的方案中選擇；尋優(yōu)方法為比較選擇法，無(wú)實(shí)時(shí)交通模型等。但是SCATS系統(tǒng)也有幾個(gè)明顯不足：未使用交通模型，本質(zhì)上是一種方案選擇系統(tǒng)，因而限制了配時(shí)參數(shù)的優(yōu)化程度；系統(tǒng)過(guò)分依賴(lài)于計(jì)算機(jī)硬件，除了PDPII系列數(shù)字計(jì)算機(jī)外，無(wú)法在其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上方便實(shí)施；選擇相位差方案時(shí)，無(wú)車(chē)流實(shí)時(shí)信息、反饋，可靠性低。RHODES采用一種3層的遞階結(jié)構(gòu)，優(yōu)化目標(biāo)為最小化平均車(chē)輛延誤、最小化交叉口平均排隊(duì)長(zhǎng)度或最小化停車(chē)次數(shù)。國(guó)內(nèi)區(qū)域協(xié)調(diào)控制具有代表性的研究工作包括：五邑大學(xué)董友球利用Q．Learning算法優(yōu)化目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各交叉1：3的信號(hào)周期，把優(yōu)化的目標(biāo)區(qū)域按重要程度劃分為若干干線并編排順序，按順序?qū)Ω鞲删€相鄰兩交叉口協(xié)調(diào)相位間的相對(duì)相位差用Q．Learning算法進(jìn)行優(yōu)化，按同樣順序依次確定各交叉口的綠信比，并結(jié)合優(yōu)化得到的相對(duì)相位差確定絕對(duì)相位差。蘭州交通大學(xué)王春雷等人針對(duì)基本PSO算法的缺點(diǎn)，如易陷入局部極值點(diǎn)、搜索精度低等，引入了災(zāi)變模型，并采用雙向并行策略，提出一種改進(jìn)的PSO算法—．雙向并行災(zāi)變粒子群優(yōu)化算法(BPC．PSO)并將其應(yīng)用于城市區(qū)域交通信號(hào)控制中用來(lái)優(yōu)化交叉口的信號(hào)周期，這篇文章的缺陷在于沒(méi)有給出明確的優(yōu)化目標(biāo)。他通過(guò)分階段優(yōu)化控制交通參數(shù)(周期、相位差和綠信比)，每個(gè)階段長(zhǎng)10．30分鐘，周期、相位差由區(qū)域控制級(jí)每階段優(yōu)化一次，綠信比由交叉口控制級(jí)每周期優(yōu)化一次。五邑大學(xué)劉志勇提出一種基于改進(jìn)免疫遺傳算法的城市區(qū)域交通自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制方法。周期、相位差和綠信比均采用改進(jìn)免疫遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所智能控制與系統(tǒng)工程中心劉小明在Agent技術(shù)的基礎(chǔ)之上，對(duì)交通區(qū)域協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了初步研究。該文章從理論上一定程度的說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)控制的方向，但是沒(méi)有給出具體的協(xié)調(diào)算法和過(guò)程。文章結(jié)合區(qū)域協(xié)調(diào)的問(wèn)題提出了基于時(shí)序規(guī)劃的區(qū)域協(xié)調(diào)控制算法模型，該模型可以處理帶有時(shí)間和資源約束的交通信號(hào)控制問(wèn)題，最后對(duì)該模型求解從而得到區(qū)域協(xié)調(diào)控制策略。 總結(jié)起來(lái)，包括以下主要內(nèi)容：第一章 緒論。第二章 交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制中的基本概念，并結(jié)合相位差與路口間距、車(chē)速、交通流量、排隊(duì)等參數(shù)的關(guān)系，對(duì)相位差設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的研究。第五章 結(jié)論。在交叉口可以觀察到，對(duì)于不同方向的車(chē)流，在某一瞬間所獲得的燈色顯示是不同的。信號(hào)階段：相位階段是指階段是在信號(hào)周期的某一時(shí)間段內(nèi)，為一個(gè)或多個(gè)交通流同時(shí)給出通行權(quán)的信號(hào)顯示狀態(tài)。周期：是指信號(hào)燈色發(fā)生變化，顯示一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，也稱(chēng)周期長(zhǎng)，即紅、黃、綠燈時(shí)間之和。綠信比：是指在周期長(zhǎng)內(nèi)的各相位綠燈時(shí)間與周期長(zhǎng)之，用λ表示。流量系數(shù)：是實(shí)際流量與飽和流量的比值。綠燈間隔時(shí)間：是指從失去通行權(quán)的相位的綠燈結(jié)束，到下一個(gè)得到通行權(quán)的相位綠燈開(kāi)始所用的時(shí)間。它等于綠燈時(shí)間與黃燈時(shí)間之和減去頭車(chē)啟動(dòng)的損失時(shí)間。它是計(jì)算信號(hào)配時(shí)和衡量路口通行效果的一個(gè)重要參數(shù)，也常作為確定信號(hào)控制系統(tǒng)性能的重要參量。 相位差與各參數(shù)關(guān)系 相位差的基本概念相位差，有絕度時(shí)差和相對(duì)時(shí)差之分。如圖 21 中的 Oc （C 交叉口相對(duì)于 A 交叉口而言，A 為基準(zhǔn)交叉口）。相對(duì)時(shí)差等于兩個(gè)信號(hào)絕對(duì)時(shí)差之差。 交叉口間車(chē)輛運(yùn)行速度與間距由雙向綠波的基本要求可知，如果個(gè)A、B 2個(gè)路口要實(shí)現(xiàn)完全雙向綠波，需滿(mǎn)足A，B間的距離是理想距離SAB=KVC/2（K∈N），其中： SAB——A、B路交叉口停車(chē)線間的距離（m ）；； C——周期時(shí)長(zhǎng)（s）； V——車(chē)輛可連續(xù)通行的車(chē)速（ m / s）； VC/2——理想間距SL。 如果K為偶數(shù)，同步協(xié)調(diào)；如果SAB=SL可實(shí)現(xiàn)A、B間的雙向綠波。車(chē)流行駛速度對(duì)相位差的影響在于，車(chē)流行駛速度越小，說(shuō)明交叉口間車(chē)流受到的阻礙越大，車(chē)流行駛離散程度越低，相位差的變化對(duì)干道雙向綠波寬度的影響越大，反之，車(chē)流運(yùn)行速度越大，說(shuō)明交叉口間車(chē)流運(yùn)行越通暢，車(chē)流行駛離散程度越高，相位差的變化對(duì)干道雙向綠波寬度的影響越小。不難看出，相鄰交叉口間車(chē)輛行駛速度，路口間距以及相位差三者之間滿(mǎn)足一定的關(guān)系，一方面，在車(chē)輛行駛速度不變的前提下，路口間距越大，交叉口間綠波協(xié)調(diào)控制的可控性越弱，相位差的實(shí)際數(shù)值應(yīng)大于計(jì)算值，使在同一個(gè)綠燈時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)能有盡可能多的車(chē)輛通過(guò)交叉口；另一方面，在路口間距不變的前提下，車(chē)輛行駛速度小，說(shuō)明交叉口間車(chē)流受到的阻礙越大，綠波協(xié)調(diào)控制的可控性越弱，相位差的實(shí)際數(shù)值也應(yīng)大于計(jì)算值，使因排隊(duì)而延誤的車(chē)輛能盡可能快地通過(guò)交叉口。 Y——組成周期全部相位各個(gè)相位最大流量比之和相位差與周期沒(méi)有直接關(guān)系，不會(huì)因周期時(shí)長(zhǎng)的改變而改變，而從公式中可知，信號(hào)周期的變化是會(huì)隨著道交通流特性而變化的，最直觀的是車(chē)隊(duì)平均速度的變化，而車(chē)隊(duì)平均速度的變化將直接影響相位差的大小，為此，需對(duì)相位差進(jìn)行修正，相位差和周期長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系，修正函數(shù)為O39?！拚蟮南辔徊?。 A——修正系數(shù)，可正可負(fù)。 車(chē)輛排隊(duì)在道路交通控制中，排隊(duì)長(zhǎng)度是指某個(gè)交叉口或者路段由于車(chē)流前進(jìn)方向的前方被堵塞或截?cái)?，?dǎo)致車(chē)輛被迫停止等待通行而依次排開(kāi)所行成車(chē)隊(duì)的車(chē)輛數(shù)目。常用的排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算公式如式所示。 相位差設(shè)計(jì)方法 確定相位差優(yōu)化路口在區(qū)域相位差的設(shè)計(jì)中，相鄰的兩交叉口可根據(jù)同相位的相位差確定綠燈的起始時(shí)間，在同一交叉口內(nèi)，通過(guò)已確立相位的綠燈起始時(shí)間，來(lái)確立本交叉口其他相位的信號(hào)起始時(shí)間，以下圖所示區(qū)域中A、B、C、D四個(gè)交叉口為例：圖23 四交叉口位置示意圖已知四交叉口的信號(hào)配時(shí)，以及相對(duì)相位差，規(guī)定以A交叉口南北方向開(kāi)始，根據(jù)AB間相位差，可確定B交叉口南北方向路燈起始時(shí)間，周期不變，可推得B交叉口東西方向信號(hào)燈起始時(shí)間，如圖24中所示，以此類(lèi)推。 確定公共信號(hào)周期 為保證控制區(qū)域內(nèi)交叉口之間相位差的恒定，控制子區(qū)內(nèi)各交叉口必須采用相等的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)，而交叉口信號(hào)周期的大小將直接決定其通行能力的高低、影響其性能指標(biāo)的優(yōu)劣，因此控制區(qū)域公共信號(hào)周期的選取應(yīng)關(guān)注關(guān)鍵交叉口，取周期最大的交叉口為共同周期，對(duì)其他的交叉口按照綠信比進(jìn)行方案調(diào)整。然后再對(duì)通過(guò)帶速度和周期時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，從而確定相位差，以最終獲得一條理想的綠波帶寬。為得到更大的綠波帶,通過(guò)運(yùn)用幾何畫(huà)板作圖,畫(huà)出兩交叉口的“時(shí)－空”圖，以1秒為單位對(duì)綠燈起始時(shí)間進(jìn)行變化,并觀察綠波帶的變化,直到得到最大的綠波帶。25 圖解法確定相位差 修正相位差，當(dāng)路口出現(xiàn)排隊(duì)情況，應(yīng)縮小相位差，使排隊(duì)車(chē)輛盡快通過(guò)，避免車(chē)輛的二次排隊(duì)。=O?O ()式中，O39。 O——基本相位差。即O=SLV ()但此種情況應(yīng)當(dāng)注意排隊(duì)車(chē)輛消散的時(shí)間應(yīng)小于下游路口的有效綠燈時(shí)間。3 城后街區(qū)域相位差優(yōu)化實(shí)例 調(diào)查地點(diǎn)及時(shí)間的選取調(diào)查時(shí)間與地點(diǎn)的選擇是十分重要的，這直接關(guān)系到采集到數(shù)據(jù)的有效性與可靠性。調(diào)查要選在良好的天氣情況下進(jìn)行，避開(kāi)有風(fēng)、雨、雪的天氣。 綜合上述的調(diào)查時(shí)間和地點(diǎn)原則，本研究的調(diào)查的時(shí)間為平峰期（13：3015：30）和晚高峰（17:0019:00），天氣晴朗。 城后街區(qū)域交通數(shù)據(jù)調(diào)查采集為了直觀的對(duì)比出車(chē)流量，車(chē)速等參數(shù)對(duì)相位差的影響，本次調(diào)查基于不同時(shí)段，分別對(duì)各路口的路口間距，車(chē)道劃分及每條車(chē)道的寬度、道口流量，現(xiàn)有的信號(hào)配時(shí)進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下：城后街與新中街交叉口：31 四交叉口位置及間距圖圖32 城后街與新中街交叉口示意圖現(xiàn)有配時(shí)方案：控制方向 紅燈結(jié)束時(shí)間綠燈結(jié)束時(shí)間 黃燈時(shí)間 相位1東西方向38s30s4s相位2南北方向38s30s4s表31城后街與新中街交叉口現(xiàn)有配時(shí)方案交通流量統(tǒng)計(jì)：方向車(chē)道數(shù)（條）單車(chē)道寬度（m）交通流量（v/h）交通流量合計(jì)（v/h）每周期排隊(duì)長(zhǎng)度（m）東進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)160060035西進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)196096030南進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)1560108044直行和右轉(zhuǎn)1520北進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)1530126038直行和右轉(zhuǎn)1730表32平峰期城后街與新中街交叉口交通流量統(tǒng)計(jì) 方向 車(chē)道數(shù)（條）單車(chē)道寬度（m）交通流量（v/h）交通流量合計(jì)（v/h）每周期排隊(duì)長(zhǎng)度（m）東進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)196096066西進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)11584158452南進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)1960172880直行和右轉(zhuǎn)1768北進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)1896201686直行和右轉(zhuǎn)11120表33高峰期城后街與新中街交叉口交通流量統(tǒng)計(jì)