基於安全可靠性的信號配時方法及最佳化算法研究

《基於安全可靠性的信號配時方法及最佳化算法研究》是依託同濟大學，由唐克雙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於安全可靠性的信號配時方法及最佳化算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐克雙
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

傳統的信號控制理論存在兩大缺陷：①無法把交通安全量化並作為控制目標來進行信號配時計算和最佳化；②難以分析交通隨機性顯著情況下以小機率事件為特徵的交通安全問題。鑒於此，本研究的目的是在信號控制中引入安全可靠性的概念，開發以安全可靠性為控制目標的信號配時方法及最佳化算法，對交通信息化環境下的精細化信號控制理論進行探索，主要研究內容包括：①基於車輛和行人軌跡數據的實證分析和基於駕駛模擬器的實驗分析相結合的交通行為解析與建模、②基於可靠性理論和交通衝突理論的安全可靠性評價模型、③基於風險控制理論和不確定最佳化理論的以安全可靠性為導向的信號配時計算及最佳化方法、④集成以上研究成果的信號控制交叉口可靠性分析與決策支持系統。本研究的成果可以輔助交通工程師以交叉口安全服務水平為依據進行信號控制方案設計與最佳化，也可以輔助交通管理者分析與識別信號控制交叉口的潛在安全隱患，為交通安全改善方案的評價提供科學依據。

結題摘要

傳統的信號控制理論存在兩大缺陷：①無法把交通安全量化並作為控制目標來進行信號配時計算和最佳化；②難以分析交通隨機性顯著情況下以小機率事件為特徵的交通安全問題。鑒於此，本研究的目的是在信號控制中引入安全可靠性的概念，開發以安全可靠性為控制目標的信號配時方法及最佳化算法，對交通信息化環境下的精細化信號控制理論進行探索，主要研究內容包括：①基於車輛和行人軌跡數據的實證分析和基於駕駛模擬器的實驗分析相結合的交通行為解析與建模、②基於可靠性理論和交通衝突理論的安全可靠性評價模型、③基於風險控制理論和不確定最佳化理論的以安全可靠性為導向的信號配時計算及最佳化方法、④集成以上研究成果的信號控制交叉口可靠性分析與決策支持系統。本研究的成果可以輔助交通工程師以交叉口安全服務水平為依據進行信號控制方案設計與最佳化，也可以輔助交通管理者分析與識別信號控制交叉口的潛在安全隱患，為交通安全改善方案的評價提供科學依據。本研究首先進行了綠燈間隔時間內駕駛員的風險認知研究，然後進行駕駛行為的隨機性特徵分析。通過採集城市道路交叉口和郊區道路交叉口的運行錄像，提取高精度的車輛運行軌跡等，詳細對比和分析了清空車輛與進入車輛的駕駛行為特徵。在實證分析的基礎上，建立了困境區駕駛行為隨機模型和危險駕駛行為隨機模型，分別以困境區發生機率和危險行為發生機率為安全可靠性指標，分析了黃燈時長與可靠性指標之間的數學關係。本研究提出了基於危險行為隨機性模型，該模型能夠對黃燈期間駕駛行為做進一步分析，從而實現基於安全可靠性的黃燈時長的求解。針對目前設定有綠閃裝置的交叉口，建立了綠閃條件下的駕駛行為模型，為分析綠閃影響下的黃燈時長設定提供了定量分析的依據。在黃燈時長確定的基礎上，建立以清空失敗發生機率為安全可靠性指標的全紅期間的駕駛行為模型，分析全紅時長與清空失敗發生機率之間的數學關係，提出全紅時間的求解方法。在完成對綠燈間隔時間的求解基礎上，本研究提出以安全可靠性為指標的基於燈組的信號配時最佳化方法。一方面從安全的角度出發，將平均衝突強度的概念引入信號配時算法當中，並充分考慮了最短綠燈時間、綠燈間隔時間、機非衝突等約束條件。另一方面從效率層面出發，以傳統的延誤等為最佳化目標，實現信號配時的效率最優。當使用雙目標求解時，則能夠實現一定安全可靠性水平下效率最優的配時最佳化策略。