交通擁堵預防與治理是城市道路交通管理中長期存在的難題,而交通瓶頸往往是交通擁堵的引發(fā)點和始發(fā)點,因此,研究城市道路網(wǎng)交通瓶頸具有重要意義。交通瓶頸預警正是在交通擁堵出現(xiàn)前,通過分析當前交通狀態(tài)、研判發(fā)展趨勢,進而識別城市道路網(wǎng)中可能發(fā)展成為交通瓶頸的交通節(jié)點,明確誘發(fā)交通瓶頸的原因,為交通管理措施的制定或調整提供決策依據(jù),最終實現(xiàn)延緩甚至避免交通擁堵出現(xiàn)的目的。交叉口是多方向交通流的匯聚點,導致各方向交通流通過效率低;信號控制是保障交叉口通行效率和減少交通沖突的最有效方式,且在城市道路網(wǎng)中覆蓋率廣;因此,信號交叉口將作為城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警的主要對象。本文立足于城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警研究需求,以信號交叉口為主要研究對象,圍繞城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警流程以及關鍵支撐技術開展研究,以期為城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警提供理論和技術支持。本文以交通瓶頸研究現(xiàn)狀為基礎,以交通瓶頸管理需求為導向,制定城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警流程,提出交通瓶頸預警關鍵技術需求,并分別對城市道路短時交通流預測、信號交叉口特征參數(shù)和控制方法、區(qū)域信號協(xié)調控制等關鍵技術開展研究。具體研究內容如下:(1)在對交通瓶頸特征、交通管理需求分析的基礎上,提出城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警流程和關鍵技術需求。通過梳理交通瓶頸類型及其基本特征,以城市道路交通瓶頸管理需求為導向,將城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警流程劃分為四個部分,分別為交通基礎信息采集與分析、潛在交通瓶頸識別、潛在交通瓶頸誘因分析和交通瓶頸預警信息發(fā)布。在支撐交通瓶頸預警的關鍵技術中,城市道路短時交通流預測技術是潛在交通瓶頸識別的重要工具,信號交叉口交通特征分析技術是基于交通流實時狀態(tài)的潛在交通瓶頸識別方法和提升信號控制效率的基礎,協(xié)調式信號控制方法是分析潛在交通瓶頸誘因和進行潛在交通瓶頸改善的重要手段。以上關鍵技術雖然已取得一定研究成果,但仍具有很大提升空間,本文將對上述技術進一步研究和改進。(2)基于城市道路網(wǎng)交通流數(shù)據(jù)的時空相關性,提出城市道路交通流時空數(shù)據(jù)的降維方法,提高既有短時交通流預測模型的準確性。既有短時交通流預測模型主要應用于公路交通流預測,直接應用于城市道路短時交通流預測難以適應城市道路交通流的波動性,預測結果準確性較低。本文基于城市道路交通流的時空相關性,提出城市道路交通流時空數(shù)據(jù)的降維方法,旨在提高既有短時交通流預測模型在城市道路交通流預測中的精度,以定性分析進行影響路段的初選、以多維尺度法對初選影響路段進行聚類分組、以相關性分析篩選最終影響路段。分別利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡、多元線性回歸預測模型驗證提出的交通流數(shù)據(jù)降維方法對預測結果的影響,結果表明提出的降維方法能提高城市道路短時交通流預測模型的預測精度和運算速度。(3)在分析信號交叉口特征參數(shù)敏感度和標定準確性的基礎上,通過研究信號交叉口進口道排隊車輛車頭時距分布,提出信號交叉口特征參數(shù)標定方法和信號控制方法。以信號損失時間、飽和流率和車頭時距為信號交叉口主要特征參數(shù),通過特征參數(shù)的敏感度和標定準確性分析,得出特征參數(shù)現(xiàn)有標定方式的不足,提出從車頭時距分布出發(fā)對特征參數(shù)的標定進行優(yōu)化;通過對車頭時距分布的研究可知,固定位置處車頭時距服從對數(shù)正態(tài)分布,連續(xù)排隊位置車頭時距服從對數(shù)分布,且不宜采用固定分位點標定每個排隊位置的車頭時距;以車頭時距分布為基礎,探索信號交叉口特征參數(shù)標定以及不以飽和流率和總損失時間為變量的信號控制方法,提出最佳綠燈時間控制方法、交叉口動態(tài)通行能力計算方法以及不以車道通行能力和信號損失時間為變量的信號配時算法。(4)以聯(lián)合樹法和強化學習的結合算法進行區(qū)域交通信號協(xié)調控制,通過基本理論優(yōu)化提高算法對交通信號控制的適用性,通過應用功能優(yōu)化滿足交通瓶頸預警對信號協(xié)調控制的需求。為滿足交通瓶頸預警需求,提出結合聯(lián)合樹法和強化學習算法對區(qū)域交通信號進行協(xié)調控制,但現(xiàn)有研究成果在信息傳遞方法、參數(shù)設置、動作選擇策略、最大生成樹分析、單個交叉口運行效果方面還存在不足,難以滿足交通瓶頸預警需求。在現(xiàn)有研究基礎上,提出從基本理論優(yōu)化和應用功能優(yōu)化兩方面對基于聯(lián)合樹法的區(qū)域信號協(xié)調強化學習算法進行優(yōu)化;基本理論優(yōu)化包括核心參數(shù)優(yōu)化、基本規(guī)則優(yōu)化以及JTA信息傳遞模式優(yōu)化,應用功能優(yōu)化包括基于單個交叉口運行效果的算法優(yōu)化和基于交通瓶頸識別需求的回報函數(shù)優(yōu)化;構建測試環(huán)境對改進后的算法進行驗證,結果表明改進后的算法不僅能更好地適應交通信號控制的基本需求,亦可滿足交通瓶頸預警的需求。(5)以實際城市交通環(huán)境為背景,對研究成果進行應用分析。以常熟市局部道路網(wǎng)及交通流數(shù)據(jù)為基礎,構建交通模擬環(huán)境;以多種車道的車頭時距數(shù)據(jù)驗證車頭時距分布及信號交叉口動態(tài)通行能力;以交通模擬環(huán)境為平臺,應用基于交通流實時狀態(tài)的潛在交通瓶頸識別方法,利用不同評價指標識別潛在交通瓶頸;應用面向短時交通流預測需求的交通流時空數(shù)據(jù)降維方法,驗證交通流時空數(shù)據(jù)降維方法對城市道路短時交通流預測精度和運算速度的改善作用;在潛在交通瓶頸識別的基礎上,應用基于聯(lián)合樹法的區(qū)域信號協(xié)調強化學習算法分析交通瓶頸的誘發(fā)原因。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U491.54
【部分圖文】：

頸管理入手，構建城市道路網(wǎng)交通瓶頸預警流程，繼而對支撐交通瓶頸預警的三項關鍵技術逡逑分別進行深入研[偅詈罄檬道治齠猿曬目剎僮饜院褪滌眉壑到醒櫓�。论坞y芯康膩義霞際趼廢咄跡保比縊盡ｅ義系諞徽灤髀坼義

本文編號：2827775