考虑相邻交叉口影响的公交优先干线信号协调控制方法

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 2.06MB 52 页 15积分

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摘要

随着中国社会的发展，人民购买力的增加和小汽车价格的降低，居民平均拥

有机动车的数量在持续增长，此时有限的城市道路资源与大量小汽车需求之间产

生矛盾。

道路网络发展步伐的加快能够在某种程度上舒缓城市交通系统的压力，但是

道路的扩增速度比不上小汽车数量的增加速度。而交叉口作为城市交通网络中的

重要组成部分，是城市交通网络的制约点，是影响交通网络通畅的核心，同时也

是城市交通拥挤的常见发生地。在交叉口对其实行有效的信号控制，虽然不能将

交通流在空间上分层，但是却可以在时间上分层，这样既能降低交叉口冲突点的

数量，合理安排交叉口交通流，又能保障交通系统的顺畅。

本文首先简要介绍交通信号控制相关知识、公交优先相关知识及干线协调控

制的基本理论。第三章以路段排队长度和最大绿灯时间为约束，考虑对相邻交叉

口通行能力的影响，提出以公交优先度作为判别本交叉口能否优先以及优先程度

的指标，通过对公交车辆相关信息的检测，采用绿灯延长及红灯早断两种策略，

以总交叉口人均延误为目标函数，建立有限的主动优先控制模型。

随后将这个模型运用到干线协调中，在第四章建立双层干线优化策略：上层

是以干线信号协调策略为约束，通过所收集数据的分析与计算，优化三个重要指

标；下层是以公交优先为约束，将优先相位的绿波带界限作为约束，从而建立起

公交优先策略模型，得以实现干线公交信号优先协调控制。

最后运用 VISSIM 中的 VAP 模块分别对其进行仿真，考虑不同公交车流量的

场景，交叉口中高饱和度以及高饱和度下，进行对比分析可以得出本文所提出的

模型方法能够有效减少延误，达到改善交通状况的目的。

关键词：交通控制相邻交叉口公交信号优先干线协调仿真评

价

ABSTRACT

With the development of China’s social economy, the improvement of people’s

purchasing power and the decline in motor vehicle prices, the number of cars per capita

is increasing. At this time, there is a contradiction between limited urban road resources

and a large number of car demand.

Accelerating the development of the road network can alleviate the city traffic

pressure to a certain extent, but the increase in the number of city vehicles is faster than

the expansion of the road. The intersection, as an important part of city traffic in the

network, is the throat of the city traffic network and the bottleneck of traffic network

unobstructed. Meanwhile, it is the main place of the traffic congestion in the city.

The implementation of effective signal control of the intersection, can separate the

different traffic flows in time, even if it does work in space. Thus, not only the number

of the intersection conflict points is reduced and the intersection traffic flow is

reasonable arranged, but also the smooth of the traffic system is guaranteed.

Firstly, this paper gives a brief introduction of the traffic signal control, bus priority

and arterial coordination control theory. In chapter 3, using the vehicle queen length and

the maximum time of green light as a constraint, and considering the impact of the

capacity of neighboring intersections, bus priority degree, is proposed to distinguish

whether this intersection can be given priority and how much it is. According to the bus

information detection, adopting two strategies, green phase extension or red phase

truncation, and using the average delay in the total intersection as an objective function,

a limited active signal priority control model is established.

Then, this model is applied to the arterial signal progression. A double-level design

for bus priority system under arterial signal progression is presented in Chapter 4. The

upper level is restrained by the arterial signal progression. According to the analysis and

calculation of collected data, three important indexes are optimized. The lower level is

restrained by the bus priority, and the upper and lower limits of green wave are set as

restrictions. Thus, the bus priority control method model is established so as to realize

the bus signal priority under the condition of signal coordination.

Finally, simulation tests are conducted by VAP module in VISSIM. Considering the

different bus traffic scene, the intersection of middle high-volume and high-volume,

contrast analysis shows that the model the method proposed in this paper can effectively

reduce the delay to achieve the purpose of improving traffic conditions.

Keywords: traffic control, neighboring intersections, transit signal

priority, arterial signal progression, simulation evaluation

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ........................................................ 1

1.1 研究背景及意义 .............................................. 1

1.2 国内外研究现状 .............................................. 2

1.3 研究内容及框架 .............................................. 6

第二章交通信号控制基本理论 ........................................ 8

2.1 主要控制参数 ................................................ 8

2.1.1 基本概念 .................................................. 8

2.1.2 评价指标 .................................................. 9

2.2 交通信号控制基本类型 ....................................... 10

2.3 公交优先信号控制策略 ....................................... 11

2.3.1 被动优先控制 ............................................ 11

2.3.2 主动优先控制 ............................................ 12

2.3.3 实时优先控制 ............................................ 14

2.4 公交优先度 ................................................. 14

第三章考虑相邻交叉口的公交优先信号控制模型 ....................... 17

3.1 模型中目标函数的确定 ....................................... 17

3.2 优先请求决策 ............................................... 18

3.3 绿灯延长控制策略 ........................................... 19

3.4 红灯早断控制策略 ........................................... 20

3.5 影响公交信号优先控制策略相关要素分析 ....................... 20

3.5.1 排队长度计算 ............................................ 20

3.5.2 绿灯延长控制策略约束 .................................... 21

3.6 控制策略数学模型 ........................................... 22

3.6.1 绿灯延长信号控制数学模型 ................................. 22

3.6.2 红灯早断信号控制数学模型 ................................. 22

第四章公交优先干线信号协调控制方法 ............................... 24

4.1 干线信号相关参数优化 ....................................... 24

4.1.1 公共周期优化 ............................................. 24

4.1.2 绿信比优化 ............................................... 25

4.1.3 相位差优化 ............................................... 25

4.2 模型中目标函数的确定 ....................................... 25

4.3 优先请求决策 ............................................... 27

4.4 绿灯延长控制策略 ........................................... 28

4.5 红灯早断控制策略 ........................................... 31

第五章模型验证与分析 ............................................. 35

5.1 考虑相邻交叉口的公交优先信号控制模型验证与分析 ............. 35

5.1.1 仿真环境 ................................................. 35

5.1.2 仿真结果 ................................................. 36

5.2 考虑相邻交叉口的干线公交信号优先协调控制验证与分析 ......... 38

5.2.1 仿真环境 ................................................. 38

5.2.2 仿真结果 ................................................. 39

第六章结论与展望 ................................................. 44

6.1 主要研究成果 ............................................... 44

6.2 论文不足及有待深入的地方 ................................... 44

参考文献 .......................................................... 45

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 48

致谢 ............................................................ 49

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

随着中国社会的发展，人民购买力的增加和小汽车售价的降低，居民人均持

有小汽车的数量在持续的增加，此时有限的城市道路资源与大量小汽车需求之间

产生矛盾。

加快道路网络的发展可以在一定程度上缓解城市交通的压力，但是道路的扩

增速度比不上小汽车数量的增加速度。城市道路上车辆的增长速度远超过道路。

而交叉口作为城市交通网络中的重要组成部分，是城市交通网络的咽喉，是影响

交通网络通畅的瓶颈，同时交叉口也是城市交通拥挤的主要发生地。在交叉口对

其实行有效的信号控制，虽然不能将交通流在空间上分层，却可以在时间上分层，

这样既能降低交叉口冲突点的数量，合理安排交叉口交通流，又能保障交通系统

的顺畅。

公共交通系统作为居民最平凡的出行方式，具有人均占据道路资源少、容量

高、绿色环保等优点。但是公共交通系统在实际中依旧有很多不足：服务水平低、

速度快不起来、时间偏长、不准时等。这些不足很大程度上制约了居民选择公共

交通出行的抉择。

国家已明确提出公共交通在我国城市交通发展战略中占据重要地位。为了满

足日益增长的机动性需求和城市的可持续发展，以大容量的绿色公交代替小汽车

的机动出行方式是未来交通发展的趋势。

公交优先的提出，首先应该确保居民在乘坐公交车辆时，公交车辆到达时间

应恪守公交时刻表。其次，公交优先之后会吸引较多客流放弃小汽车出行而选择

公交出行，这样可以缓解城市道路的拥堵、停车难的现象，从而能够减少大气污

染和能源消耗。

上世纪末开始，交通堵塞问题日趋严重，公交信号优先方面的技术手段发展

水平的提高促使相关课题再一次被大家关注。最开始的研究大多都是针对某一个

交叉口进行公交优先信号研究，也即单点优先，通过早前大量的研究与积累已趋

于成熟。但是我国公交系统复杂，需求较大，大中城市通常由大量的路口组成交

通网络，而且每个交叉口并不是孤立存在的，任何一个单点交叉口只是交通网络

的一个点，多个交叉口组成的道路网络之间一定会相互作用和影响，它们相互存

在一定的相关性。仅仅考虑单点优先不能有效提高交通系统的通行效率和通行能

力。并且，城市的交通主要是由城市主干道来支撑，这就对干道提出了更高的要

求，对干道实施信号协调控制是十分必要的，也是唯一的方法。如何在干道上实

施信号协调的同时，高效地实行公交优先，并考虑整个网络的有序性，是至今研

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摘要：

摘要随着中国社会的发展，人民购买力的增加和小汽车价格的降低，居民平均拥有机动车的数量在持续增长，此时有限的城市道路资源与大量小汽车需求之间产生矛盾。道路网络发展步伐的加快能够在某种程度上舒缓城市交通系统的压力，但是道路的扩增速度比不上小汽车数量的增加速度。而交叉口作为城市交通网络中的重要组成部分，是城市交通网络的制约点，是影响交通网络通畅的核心，同时也是城市交通拥挤的常见发生地。在交叉口对其实行有效的信号控制，虽然不能将交通流在空间上分层，但是却可以在时间上分层，这样既能降低交叉口冲突点的数量，合理安排交叉口交通流，又能保障交通系统的顺畅。本文首先简要介绍交通信号控制相关知识、公交优先相关知识...

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