交叉口排隊溢流主動控制理論與最佳化方法研究

《交叉口排隊溢流主動控制理論與最佳化方法研究》是依託同濟大學，由馬萬經擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：交叉口排隊溢流主動控制理論與最佳化方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬萬經
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

交叉口排隊溢流因動態隨機交通流、靜態設施和交通管控策略等的不匹配而形成，是誘發網路交通阻塞的關鍵性因素。傳統研究多專注於溢流後的實時控制，缺乏預見性，回響滯後、緩慢且缺乏定時控制下溢流對策的考慮。本課題面向定時與實時控制需求，從溢流影響因素分析入手，解析溢流形成機理，建立排隊溢流風險度模型以準確刻畫溢流可能性和嚴重程度，並給出面向溢流控制的檢測器布局最佳化方法。然後基於防患於未然的主動控制思想，設計框架方案與實時方案互動反饋的主動控制機制，面向單點和協調控制,建立結構性變數（轉向禁止、車道功能、相位、相序）和非結構性變數（周期、綠信比、相位差）的組合最佳化模型與實時調整規則，並基於軟體在環實現檢測器布局、溢流風險辨識、溢流控制策略的集成仿真最佳化，構築溢流預防與高風險狀態快速回響的主動控制理論與方法體系。成果將揭示排隊溢流規律，為網路交通阻塞預防、擁擠控制管理提供理論基礎和技術支撐。

結題摘要

交叉口是城市道路網路的咽喉，其運行狀態對於整個道路網路的服務效率有關鍵性影響。在動態隨機交通流、靜態設施和交通管控策略之間複雜的相互作用下，交叉口常發生排隊溢流；一旦溢流控制失效，則發生幹線和網路交通擁擠的風險大大增加。傳統研究多專注於溢流後的實時控制，缺乏預見性，回響滯後，缺乏對定時控制的考慮，對通過時空資源協同最佳化和挖掘應對溢流的重視不足。本研究面向定時與實時控制需求，從溢流的成因出發，分析多模式交通流（行人、非機動車、機動車和公共運輸等）在交叉口範圍的相互影響，解析交叉口空間特徵、管控方式等對通行能力和排隊長度及其演化規律的作用，揭示了機動車排隊溢流的主要影響因素並解析其產生機理，構建了排隊長度及溢流風險機率計算模型。在此基礎上，面向單點和協調控制，考慮交通網路時空資源的相互作用，針對機動車、公車、行人和腳踏車等不同交通流的特徵、控制需求和相互影響，開發了結構性變數（轉向禁止、車道功能、相位、相序）和非結構性變數（周期、綠信比、相位差）的集成最佳化模型，構建了機動車通行能力挖掘和多模式交通協同最佳化兩個層次的排隊溢流主動控制理論和方法體系。同時，還結合車路協同技術的發展，探索了同時考慮節約油耗、降低排放和減少延誤的多模式交通流多目標最佳化方法。為了驗證模型的有效性和先進性，研究過程中構建了多個仿真分析模型，進行了大量的數值算例，設計並完成了控制方案、檢測手段和交通需求等多因素組合仿真分析和實驗驗證，證明了模型的效果和推廣套用價值。本研究成果是交通管控和最佳化理論的拓展，是交通網路時空資源協同最佳化的新探索，成果可為網路交通阻塞預防、擁擠控制管理和交通設計最佳化提供理論基礎和技術支撐。