基于多智能体的信号交叉口微观仿真

交通系统是一个典型的多智能体系统（Multi-Agent System,MAS）。应用多智能体技术建立了信号交叉口微观仿真模型,给出了机动车Agent的三层结构,详细分析了机动车在信号交叉口中的基于期望间隙和期望速度的运动决策逻辑,探讨了机动车加速度模型。针对国内交通仿真软件缺少行人与非机动车模拟的不足,以元胞自动机模型为基础引入了行人及非机动车实体,使得仿真系统更具实用性。给出了该仿真系统的实现结果和结论。     

无信号控制路段行人过街管理策略研究

现行行人过街管理策略缺乏定量依据。提出无信号控制路段行人安全过街延误模型,在一定路宽、行人流量条件下,以行人延误小于其极限忍耐时间为判定标准,得出一、二次过街适合的机动车流量范围。最后,结合有信号路段的研究得出不同情况下路段行人过街最佳管理策略。     

连续流交叉口行人延误计算模型

为了准确评价连续流交叉口行人过街服务水平,为其优化设计提供依据,本文对其行人延误进行了研究。针对连续流交叉口三种行人过街设计模式,根据行人流到达离散的特性,对不同行人流向（包括直行和对角穿行）的延误进行建模。利用VISSIM仿真对模型的准确性进行了验证,其偏差均小于3%。并通过敏感性分析,探讨了车辆需求、行人需求、斜穿交叉口行人比率对三种模式运行性能的影响。研究结果表明：传统行人过街模式主要适用于机动车和行人流量均较小的情况;穿插式行人过街模式主要适用于机动车和行人流量较大的情况;而行人专用相位过街模式虽然被选为最优的情况较少,但其对于流量和流向比例变化的敏感最低,适用于交通需求波动性较大的情况。     

基于CTM的多种交通状态控制目标一致性分析

交叉口信号控制优化目标一般由实践经验或交通控制目的所确定,往往忽略了不同交通状态下优化目标之间相互矛盾和相互制约的关系,造成交通控制效果不理想.为解决上述问题,提出建立基于元胞传输模型的单个交叉口优化控制模型,给出了交叉口延误、通行能力、排队长度以及机动车尾气排放量四类性能指标的表示方法,进而利用粒子群算法对控制目标进行了优化求解,并在MATLAB环境下对上述四类控制指标之间的一致性进行了仿真分析.仿真结果表明:在轻度流量下,延误、通行能力和排队长度之间具有一致性,延误与排队长度之间的一致性相对较好,而中度和重度流量下,延误与尾气排放量之间有较好的一致性,排队长度与通行能力有较好的一致性.     

基于一种新的混合算法的交通流控制优化模型

运用交通流控制理论建立了在交叉口空间渠化及信号相位相序给定的条件下, 考虑机动车与非机动车的延误（服务水平）约束条件, 机动车通行能力最大的优化模型, 并利用遗传算法及混沌优化算法互补的混合优化算法对模型进行了优化计算. 实际优化计算结果表明, 文中的优化模型及其混合算法具有较高的理论价值及实用价值, 本次研究为信号交叉口交通流的协调控制优化研究提供了新思路和新方法.     

单点定时信号配时的多目标优化模型

为提高定时信号控制通行的效率与鲁棒性,提出一种多目标优化模型。将目标函数分为2层：第1层选择平均延误、停车次数、通行能力指标以优化交叉口通行效率;第2层选择车辆延误标准差以提高信号控制稳定性。对不同交通状态的交叉口进行分析,建立流量波动幅度与目标权重的关系,并采用遗传算法求解。结果表明,该模型能有效降低车辆的平均延误,提高信号配时的鲁棒性。     

基于粒子群优化算法的多交叉口信号配时*

以城市道路多个单点信号控制交叉口组成的绿波系统为研究对象,对绿波系统的交叉口信号配时优化进行研究。通过对路段和干线机动车流进行协调控制设计,以西安市某两相邻交叉口晚高峰时段各进口道的交通量、通行能力、饱和流量以及各交叉口进口道的实际车均延误时间为约束,确定各交叉口的信号周期及各相位有效绿灯时长,使得干线延误量最小。设计了PSO算法的编码方式,分别采用PSO算法、灾变PSO算法和二阶振荡PSO算法对多交叉口交通信号配时进行优化计算。仿真实验表明,二阶振荡PSO算法在该实例中表现最优。     

无信号人行横道交通流特性的研究

考虑到行人穿越人行横道特点和心理因素,构建人行横道处机动车和行人相互干扰行为的元胞自动机模型。模型中重新制定行人和机动车的冲突干扰规则,引入临界安全间隙和临界决策间隙概念计算行人的通过概率,根据行人过街等待时间阈值定义了行人的冒险概率。模拟结果显示,临界决策间隙、行人忍耐时间阈值和行人的临界跟随间隙对机动车与行人流量均有不同程度的影响,其中行人的临界跟随间隙对交通流影响最大。     

城市快速路入口匝道与交叉口协调控制策略

为提高城市快速路的运行效率,避免快速路入口匝道处发生拥堵并影响地面交通,结合快速路交通状态的实时判别、匝道调节率及交叉口信号配时方案,提出了针对快速路典型交通状态下的精准协同控制模型。协调控制模型的四个子模型为,流量精准推送模型、交叉口关键相位迟闭、早断配时优化模型、匝道排队调节控制模型。案例仿真表明：协调控制信号迟闭策略下匝道通过流量、车均延误,交叉口平均排队长度、车均延误分别优化了2.3%、40.4%、21.8%、22.4%;协调控制信号早断策略下匝道车均延误、平均排队长度,交叉口平均排队长度、车均延误分别优化了22.6%、31.7%、9.7%、4.5%;协调控制较大程度上提升了研究区域运行效率。     

基于TdPN的中小流量交叉口信号控制研究

针对城市中小流量交叉口交通拥堵问题,提出了一种基于时延Petri网(Timed Petri Net, TdPN)的可变相序信号控制模型。利用TdPN建立交叉口车流模型和信号控制模型,结合马尔可夫链,建立交通流的动态生成模型。通过将通行权赋予当前等待车辆数最大的相位来实现相位的随机选择。以平均延迟时间最小为优化目标,通过遗传算法求解最优相位配时。在信号周期固定的情况下,分析基于TdPN的四相位可变相序控制模型在不平衡交通流下对交叉口平均排队长度的影响,并将此模型与四相位固定相序控制模型进行对比。研究结果表明,该方案在单位时间内有效地减少了交叉口的平均排队长度。     

基于Q学习的单路口交通信号协调控制

Q学习通过与外部环境的交互来进行单路口的交通信号自适应控制。在城市交通愈加拥堵的时代背景下,为了缓解交通拥堵,提出一种结合SCOOT系统对绿信比优化方法的Q学习算法。本文将SCOOT系统中对绿信比优化的方法与Q学习相结合,即通过结合车均延误率以及停车次数等时间因素以及经济因素2方面,建立新的数学模型来作为本算法的成本函数并建立一种连续的奖惩函数,在此基础上详细介绍Q学习算法在单路口上的运行过程并且通过与Webster延误率和基于最小车均延误率的Q学习进行横向对比,验证了此算法优于定时控制以及基于车均延误的Q学习算法。相对于这2种算法,本文提出的算法更加适合单路口的绿信比优化。     

交叉口的信号优化与仿真

以减小车均延误为目标,在调查交叉口交通流量和当前信号控制的基础上,采用韦伯斯特配时算法进行优化计算,并通过通行能力、交通流量比等指标来确定信号周期时长和各相位绿灯时间,改善相位饱和度,从而充分利用道路的通行能力。以建设大道新华路交叉口为例,基于实际数据对优化前后的交叉口利用vissim软件进行仿真,结果表明,优化后各相位的饱和度较优化前更为平均,没有出现很高或很低的极端情况,优化后的车均延误明显改善。     

基于蚁群算法的交叉路口多相位信号配时优化

针对城市道路交叉口的交通流特性,提出一种交叉路口多相位配时的TSP模型,采用新的优化算法——蚁群算法（ACA）来优化交叉路口多相位配时信号,并以每周期内交叉路口车辆总延误最小作为性能指标进行仿真实验。实验表明：在相同的时间和车辆到达率的情况下,采用蚁群算法优化相位和绿信比的配时方法明显优于定时配时方法,也优于定相位优化绿信比的配时方法,降低了交叉口的车辆延误,提高了通行能力;且该算法的求解速度快,稳定性好。     

基于DEVS的交叉路口建模与仿真

考虑有信号控制的交叉路口内车辆之间、车辆与行人之间的冲突，在离散事件仿真规范（DEVS）框架下构建了交叉路口微观交通仿真模型.以某市典型交叉路口观察数据标定仿真参数，将仿真结果与按《城市道路设计规范》计算得到的通行能力进行比较，验证了模型.在此基础上，首先，仿真分析了不同左转比例对交叉路口通行能力的影响；然后，基于各方向等待通过交叉路口的车辆数目设计了智能绿信比控制策略.仿真试验表明：通行能力随着左转车比例的增加先上升后下降；智能绿信比控制能显著提升交叉路口通行能力，明显降低平均引道延误时间.由此证明仿真模型能真实地模拟交叉路口各因素间的相互作用，且易于扩充，通用性强，能够用于其它智能交通问题的研究.     

Estimating pedestrian delays at signalized intersections in developing cities by Monte Carlo method

This paper proposes a Monte Carlo model to estimate pedestrian delays at signalized intersections adopting pre-timed two-phase control in developing cities like Xi’an, China. In the model, the signal cycle is divided into a series of subphases, and each subphase lasts 1 s. The model includes four parts: vehicle generator, pedestrian generator, pedestrian model, and statistical module. Vehicle generator is used to generate a vehicle sequence traversing the crosswalk. Pedestrian generator is used to generate a pedestrian sequence arriving at the crosswalk. Pedestrian model includes a set of rules pedestrians follow at signalized intersections. And statistical module calculates the average delay of pedestrians arriving during each subphase, and the overall average delay as well. Finally, field data collected from an intersection in Xi’an are used to validate the model, and the validation results indicate that the proposed model is able to estimate accurately the average delay of pedestrians arriving during each subphase.     

右转车流及对向行人影响下的行人过街延误模型

通过分析车头时距随交通流量而变化的统计特性,提出了基于车头时距分布的自适应的行人过街冲突延误计算模型。根据低交通流量情况下车头时距服从负指数分布时的行人过街冲突延误,分别推导出中等交通流量及高交通流量情况下的行人过街冲突延误计算模型;结合无干扰条件下的相位延误和对向行人流阻滞延误得到干扰条件下的行人过街总延误计算模型;通过Vissim仿真实验对模型进行了准确性验证,其偏差小于3%。此外,将提出的行人过街延误模型与以机动车到达间距服从负指数分布为假设前提的行人过街延误模型进行误差比较,结果表明所提出的延误模型误差更小。     

城市交通网络信号控制系统的实时演算模型

基于实时演算(Real-Time Calculus: RTC)理论,为单/双行道两类城市交通网络的定时和自适应两类信号控制系统建立了统一的形式化模型.首先,将车流和交叉路口分别建模为RTC的到达曲线和资源曲线.然后,根据不同信号控制策略,将紧邻路口间的曲线进行综合计算,得到整个交通网络的RTC模型.应用最小加代数方法,RTC模型能够计算车辆在路口的最长等待时间D和路口拥堵车队的最大长度B.基于RTC模型,应用MATLAB对8组不同规模的城市交通网格进行仿真,实验结果表明:1）与双行道网络相比,单行道网络更能有效处理较稀疏的交通流.以定时控制为例,在车流频率u≤1/2时,单行道网络能够将交通拥堵指标D和B分别降低至少2.66倍和3倍.2)双行道网络中,车流频率u存在一个临界区域.在临界域内,拥堵指标随车流频率递增变化;一旦u低于或超出临界域,拥堵指标则分别保持稳定不变或不可控.3)自适应策略优于定时控制策略.例如在双行道网络中,自适应控制策略对应的拥塞指标D和B比定时控制策略分别降低1.68倍和1.26倍.     

基于成本车流模型的城市交叉路口优化控制

针对存在随机故障的城市交叉路口信号优化问题,从控制理论角度出发,根据其自身特性,借用最优生产控制思想,首次提出了道路和车流运行成本模型,且同时考虑路口的随机故障因素;在此基础上根据系统中存在多级时标和不可靠性、以及呈现一种递阶结构和运行不均衡的特点,将问题分解成不同层次的动态优化子问题,采用递阶控制策略对其进行降阶分解,从而得到交叉路口的优化控制策略.仿真结果表明,该模型更宜于实施于实际交通最优控制中.     

过饱和状态下的单交叉口最小延误信号周期模型

由于现有单交叉口信号配时方法主要适用于低饱和交通状态,本文以过饱和交通状态作为研究对象,利用定数理论分析了信号交叉口进口道的车辆到达与驶离规律,建立了信号周期与延误时间之间的数学模型,推导了单交叉口最小延误的信号周期计算公式.以某个四相位交叉口为例,针对3组不同流量比的过饱和交通状态,分别获取了延误时间与信号周期之间的变化曲线,计算了最小延误所对应的最佳信号周期,并利用VISSIM微观交通仿真软件,仿真得到了3组不同流量比情况下的延误时间.仿真结果表明:在各组流量比设置下,延误时间的理论计算值与仿真实验值相一致,有效验证了该模型的准确合理性,为解决过饱和状态下的交叉口信号配时优化问题提供了理论指导依据.