城市道路交通建模和控制技術研究-資料下載頁

【導讀】實際工程應用中顯示出巨大的威力和發展潛力。市交通干線、城市交通區域、城市快速公路。2)提出了一種全新的復雜單交叉1：3交通流信號燈智能控制技術。采用模糊神經網絡控制技術優化信號周期時間，使其跟隨交。通流飽和度變化；而綠信比則根據歷史和實時交通流數據在線調整。標是在絕對保證行人安全通行的前提下。整個控制方案分為兩層，下行相位差，控制層確定每個周期內各交叉口的綠信比。進行計算，綠信比基于歷史和實時的交通數據確定。上行和下行的車輛一路綠燈，明顯降低車輛停車率和平均延誤時間。按照大系統分解一協調思想，位切換、信號周期和綠信比進行動態管理。目標是保持區域內各交叉?？谇暗慕煌〞惩ê蛙囕v延誤最小。狀態和控制作用均可跟蹤的伺服系統。7)闡述了城市公交優先信號控制系統。上的優先通行權利。城區道路交通擁堵問題。上，給出了杭州市實施ERP的具體方案。技術手段、收費模式、計費策略、管理措施和試驗區域等。

　　

【正文】 19 奪 ALINEA需要嚴格的設計過程，而 METALINE相對來講比較簡便。 奪對于入口匝道交通需求較大的快速公路， METALINE跟 ALINEA相比 沒有明顯的優 點。 奪在發生偶發性交通擁擠時， METALINE比ALINEA效果要好，這要歸 功于 METALINE擁有更詳細的檢測信息。 有些系統操作員對使用匝道控制比較猶豫，因為他們擔心快速公路交通擁 堵會傳播到城市道路路網中。事實上，匝道控制是用來避免或緩解快速公路上 的交通擁堵，對臨近的城市道路交通網絡既有正面也有負面的影響。如果有效 的控制策略被用于快速公路匝道控制，那么快速公路的通行能力一般會得到提 高。更具體地說，在高峰時刻來臨前，匝道控制會使車流在匝道入口處形成排 隊等候，從而阻止快速公路交通擁堵的發生，這 時會暫時把多余的交通流分流 到城市道路網絡，但是由于交通擁堵被避免或減緩，快速公路最后能提供更大 的通行能力，吸引更多的車輛進入，從而緩解了城市路網的壓力。巴黎市城市 快速公路匝道控制的實際應用效果證明了匝道控制對快速公路和城市路網的正 面影響。 3． 3非線性優化匝道控制 通過避免或緩解交通擁堵可以動態提高快速公路效率。當太多的車輛進入 沒有有效控制且容量有限的快速公路，交通擁堵就不可避免的形成了．一旦形 成交通擁堵，快速公路上擁堵區的輸出流量就減小，當出口匝道和各快速公路 連接點出現擁堵，則可能會 影響到整條快速公路甚至相鄰路網的性能。反饋匝 道控制在一定程度上有助于解決上述問題，但是首先必須確定合理的設定值， 其次它的控制作用范圍或多或少帶有局部性，因此需要一個上級協調層從戰略 角度實時計算優化的設定值。這種優化控制策略需要精確考慮： 奪快速公路和入口匝道的當前交通狀態； 奪在未來一定時段內的交通需求預測； 奪入口匝道上有限的排隊容量； 奪匝道控制的約束； 浙江大學博士后出站報告 奪交通流非線性動態特性，包括快速公路有限的容量； 奪快速公路上的任何事件。 根據這些復雜信息，控 制策略確定整條快速公路在未來某個時段內的所有 設定值，以實現： 奪滿足當前的所有約束； 奪實現控制目標，如最小化快速公路總的旅行時問； 奪實現快速公路上各入口匝道所有車輛的公平性。 這種復雜的動態優化問題可以用合適的數學算法以適度的計算代價實現。 宏觀動態模型可以用狀態空間的形式來描述非線性交通動態： x(≈ +1)=f【 x(Jj})， r(_j})， d(_j})J， (122) 其中：狀態向量 x包括所有路段的交通密度和平均速度及所有的入口匝道排隊 長度；控制向量 r包括所有被控匝道流量；干擾向量 d包括入口匝道交 通需求、 節點的轉彎率和出口匝道的分流率。交通流密度 P的演變可以通過車輛守恒方 程得到，平均速度 p獨立于交通流密度通過經驗方程計算得到，交通流量定義 為 q=P v。匝道控制的約束為式 (1 16)，而排隊長度‘的約束為‘ (≈ )≤‘．一。整 個系統在未來時間 x內的總旅行時間為： 正： r圭 l窆只 (七 )．△ I+蘭‘ (功 l。． o‘ 23’ I卸 L， d ， =l J 根據相應的檢測信息確定初始狀態向量 x(0)和干擾預測值 d(0)，非線性交 通流模型 (122)，匝道控制約束 (1— 16)和排隊長度約束‘ @)≤‘ — ，為了實 現最 小化總旅行時間，可通過優化入口匝道流量 r(k)， k=o， ? ， K一 1實現。 雖然仿真研究證明這種先進的控制策略可以節約旅行時間增加通行能力， 但是到目前為止還沒有被實際應用證實。 3． 4集成快速公路交通控制 現代城市快速公路采用多種不同的控制策略，相應的控制策略都是獨立設 計和使用，無法實現相互間的協調。集成快速公路控制是對前述優化控制方法 的合理改進和整合后得到的。對快速公路交通流動態模型 (122)進行擴展，使其 堡二蘭絲堡 型 能包括除了匝道流量 r(t)外更多的控制變 量。從表達形式上，式 022)中的 r(k) 被更一般化的控制輸入向量 u(k)替代， u(t)包含各種類型的控制變量。這種方 法已被集成快速公路控制工具包 AMOC采用，這里匝道控制和路徑誘導同時作 為控制輸入。 3． 5快速公路路段控制 路段控制包括以下控制作用的一種或多種： ◆變速度控制； 奪可變情報信息板，如工程施工、擁堵警告、環境預告 (如大霧減速 ) 等： 奪車道控制； 奪交通事件或擁堵警告； 在德國、荷蘭、英聯邦很多快速公路都采用路段控制方法，這種控制方法 通常能使快速公路上的交通流比較均勻，能有效 降低交通擁堵形成的可能性， 增加快速公路的通行能力。到目前為止，幾乎沒有系統的研究來量化這種控制 策略的效果，也沒有相應的數學模型出現。所以很多路段控制策略都具有啟發 性特征，更多的控制策略都基于尚未驗證的模型假設。 第四節集成城市路網快速公路交通控制 現代城市交通網絡包括城市區域道路和快速公路，采用多種控制手段，如 信號燈控制、匝道控制、可變情報板以及路徑誘導等。傳統上每一種控制策略 都是單獨設計和運行的，從而導致控制作用的沖突，不同的控制策略和控制作 用間缺乏協調。從用戶角度上看，包含各種道路類 型的現代交通網絡是一個對 象，不管控制策略的類型和實施地點，都是為了提高路網效率。集成控制策略 就是同時考慮所有的控制方法來實現這個目標。盡管已經有人做了初步的工作， 但是控制集成問題還是十分困難，這是因為反映交通路網地理方位的維數太高。 “存儲一向前”建模被認為是實時設計和實施集成控制策略的唯一可行方法。 浙江大學博士后出站報告 第五節駕駛員信息與路徑誘導系統 城市道路、快速公路以及兩者混合的交通網絡包括大量的起點和終點，每 個起點和終點間又有多條道路連接。安裝在路網分歧點的 固定指示牌顯示在沒 有發生交通擁堵情況下所需時間最少的方向。然而，在交通高峰期間，由于發 生交通擁堵，各道路上的行駛時間會不同程度的延長，更換行駛路線變的很有 必要。駕駛員對經常行駛的路網中的交通狀況比較熟悉，會根據自己的經驗優 化自己的行 駛路線 ，因此會 導致典 型的“ 用戶一平 衡” (userequilibrium)交通狀 況 (Wardrop， 1952)。每日變化的交通需求、可變的環境狀況、額外的事件，都 會以不可預測的方式影響交通狀況，導致不能充分利用整個交通網絡的容量， 有些道路發生嚴重的交通擁堵，而另外可 選道路卻容量過剩。路徑誘導和駕駛 員信息系統 (RGDIS)可以通過提供直接或間接的道路變換建議來提高路網效 率。 RGDIS分為 Pretrip和 Enroute兩種。 Pretrip信息可通過英特網、電話、手 機、電視、廣播等傳送給道路使用者，幫助其進行合理決策： 奪更改既定的出行計劃； 奪選擇交通方式 ，如私家車、公共汽車 、地鐵等； 奪選擇出行時間； 奪路徑選擇； 如果道路使用者決定采用私家車完成出行計劃，他根據En． route(如廣播、 路邊可變情報板、特殊的車載設備等 )提供的信息，在路網分歧點進行合理的 路徑選擇。廣播和 VMS已經被廣泛采用了 25以上，使用數量在不斷增長，可 與控制中心進行雙向通信的車載設備是最近幾年剛剛出現的。 絕大多數駕駛員看來更喜歡讓他們自己進行決策，而不是順從由系統提供 的建議。這里必須強調，純粹的信息提供有很多較大的缺點： 奪對系統提供的路徑選擇信息進行理解需要駕駛員很多路網知識，而這 些知識不是每個駕駛員都具備的。 奪雖然控制中心能夠處理路網交通狀況的所有信息，但是由于受 VMS及 其它設備的空間限制，只有很小的一部分傳達給道路用戶。在某些情 第一罩緒 論 玎 ———————————————————————————— C———————————————————————————— ’ ———————————— ’ ——— 一一 況下，只有分歧點的下游路段交通信息被提供給道路用戶。顯然，這 些信息對于在路網中長途旅行的駕駛員來說是不充分的，他們可能因 為信息不全的決策而導致受阻于交通擁堵路段。 ◆即使有可能提供詳細的信息，駕駛員無法在短短的幾秒鐘內完成對道 路的選擇。 奪當路徑選擇權給駕駛員后，操作員和控制策略不可能改變交通狀況。 另一方面，路徑誘導系統禁止提供不利于駕駛 員順從的路徑信息，否則系 統的可信度會降低，最終對系統造成巨大危害。而且路徑誘導系統必須采用一 種能優化路網交通狀況的控制策略，譬如要避免駕駛員順從過渡而導致在被建 議選擇的路段上形成交通擁堵。 5． 1旅行時間顯示 駕駛員信息系統的一種特殊形式就是提供 VMS下游一定長度路段內的平 均旅行時間 (如圖 1． 7)，這種信息容易被駕駛員理解，既可以方便駕駛員路徑 選擇，也可降低駕駛員的心理壓力，尤其是在交通擁堵的狀態下。 圖 1． 7．法國巴黎 VMS應用舉例 在快速公路某些地點安裝感應線圈車輛檢測器， 即時的旅行時間計算是十 分簡單的?？焖俟仿范伪环譃椤?，長度的Ⅳ節，每一節內裝有一個車輛檢測器， 檢測器既可以直接提供平均速度 M，也可以提供流量和占有率信息，各節的旅 行時間為 ff=△：／ K。 快速公路即時旅行時間是在旅行過程中主要的交通狀況不變假設下虛擬的 Ⅳ 車輛旅行時間?；谶@個假設，Ⅳ節快速公路即時總旅行時間為 f=∑弓。這個 百 公式十分實用，但也有缺點，如果快度公路上平均速度 v暫時降低，將產生不 浙江大學博士后出站報告 切實際的過大的總旅行時間。 M． Papageiou提出了改進的基于實時交通數據 的總旅行時間計算公式。 顯然，如果快速公路上交通狀況變化迅速，基于當前交通流信息的即時旅 行時間計算公式會出現系統估計誤差，尤其是在交通擁堵形成和消失期間。誤 差的大小在一定程度上與路段長度有關，如果路段非常長，誤差將達到無法容 忍的地步。這種情況下必須采用一種預測方案，最接近于實際旅行時間的預測 時間被采用，預測旅行時間的計算需要： 奪基于歷史信息； 奪通過合理的推斷方法； ◆采用實時動態交通流模型； 5． 2路徑誘導策略 路徑誘導系統可以看作如圖 11所示的交通 控制系統。根據實際檢測信息 以及監督人員的理解和推斷，決策系統向道路使用者提供路徑選擇建議或提供 相應信息，反過來影響對路網中的交通狀態，這種影響可以用某種性能指標表 現出來。由于實時性的要求，因此計算時間是非常嚴格的。 路徑誘導策略從不同的方面可以分類如下： 奪友應。 (Reactive)篡 i夠基于當前的檢測數據，不使用實時交通流模型或 其他預測工具；搦測 (Predictive)愛瑚盈過使用實時數學模型充分預 測某個未來時間內的交通狀態來提高建議的質量。 奪變互茍(Interactive)糜璐運行若干個實時 仿真模型，每一步都合理地 修改路徑誘導，確保盡可能準確地實現控制目標，這種控制策略采用 交通狀態預測：一所攔 (One． shot)嬲口通過實時數據進行簡單的計 算 (Reactive)，也進行交通狀態預測，一次性運行仿真模型來提高建 議的可信度。 奪路徑誘導的交通狀態優化可以定位在孬 9聲紡紀 (System optimal)上， 也可以定位在歷尹劈紀 (User optimal)上，前者的控制目標是最小化 全局性能指標 (如總旅行時間 )，即使根據某些建議選擇的路徑的代價 第一章緒論 會比正常路 徑的代價要大。后者所提供的每個建議選擇的路徑所需代 價不能比正常路徑的代價要大，這種情況下全局優化指標不一定是最 佳的。更嚴格的定義是，用戶優化意味著路網中任意兩點間的所有可 選路徑都是等價的。 1)一次性策略 大多數的一次性策略是一種反應式類型，尤其是在密集型路網中 (相對短 的路段、較多的分歧點，任意兩個節點間有較多數量的選擇路徑 )。反應式策略 在建立基于當前交通測量數據的用戶優化上是非常有效的，這是由于當交通狀 態充分地變化這種路網下的反應式路徑誘導建議可以在下游分歧點修改。 大多數反應式策略是分散性的 ，也就是說它們是在每一個節點處獨立計算 的。 Messmer和 Papageiou提出了簡單的比例或比例積分反饋調節器。一種 比例調節器計算分流比見，的公式如下： 成 (_j})=彤一Ⅸ△％ (≈ )， (124) 其中：晟， (t)∈ [o， 11是在 k時刻到達分歧點 的交通流中通過路徑誘導的主流方 向達到分歧點 _，的流量比例，彤是不存在路徑誘導時的比例， Ko是調節參 數，△％ (t)是節點 和 _，間主流路徑和其他可選路徑間的即時旅行時間差。．