【摘 要】
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随着机动车保有量的增加,城市交通拥堵现象日益严重,尤其早晚高峰期经常呈现过饱和状态。目前,大部分交通信号控制系统是针对非饱和交叉口进行设计,当交叉口处于过饱和状态时
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随着机动车保有量的增加,城市交通拥堵现象日益严重,尤其早晚高峰期经常呈现过饱和状态。目前,大部分交通信号控制系统是针对非饱和交叉口进行设计,当交叉口处于过饱和状态时,系统控制性能大幅下降,因此过饱和交通信号控制仍是交通控制领域中的难题。在此背景下,本文主要研究了智能交通系统中过饱和状态下交通信号灯控制问题。首先,针对单交叉路口的交通信号进行研究,考虑四相位路口的相位切换问题,通过引入正定切换理论,提出了过饱和条件下的交叉路口排队车辆离散切换模型。基于能量理论,将交叉路口看作能量存储系统,分别把车辆的流入和流出视作能量的存储和耗散。根据能量耗散思想,设计了以有效绿灯时间为控制变量的状态反馈控制器,实现了交叉路口存储和耗散均衡,即排队长度最小的控制目标。为了验证本文所提单交叉路口信号控制算法的有效性,给出了所提出的算法与现有文献中过饱和信号控制算法的对比仿真。实验结果表明,应用本文所提出的算法,排队车辆消散所需周期数较少。然后,针对区域交通信号进行研究,考虑智能交通系统中交通流的动态特性,提出了区域交通系统改进的存储-转发模型。考虑大型区域的复杂性和协调性,将区域交通划分成N个子区域,分别建立了对应的子区域模型。针对子区域模型,提出了基于分层模型预测控制的过饱和区域交通信号控制优化目标。通过引入拉格朗日对偶原理解决约束条件问题的方法,对子区域的车辆排队数量进行了预测,并对有效绿灯时间进行优化控制。为了验证所提区域交通控制算法的有效性,给出了本文改进的模型与存储-转发模型的对比仿真。实验结果表明,在达到相同的控制效果时,本文改进模型的控制算法所需的计算时间较短,计算成本较低。
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