交叉口动态车道功能与信号控制协同问题研究

基于信号控制交叉口时空关系分析,综合运用交通流理论和信号控制技术,建立了动态车道功能与信号相位组合模型,用Visual Basic语言编制程序对该模型求解.为验证模型的有效性,应用该模型对实际案例进行了优化,并通过交通仿真软件VISSIM分别对优化前后的方案进行了仿真对比分析.仿真结果表明:交叉口动态车道功能与信号控制存在协同作用,与仅改善车道功能或信号控制相比,实现两者的协同能有效提高交叉口时空资源的利用率,使关键状态参量如延误与排队长度显著降低.     

基于车道等饱和度的交叉口车道功能优化模型

考虑不同进口道、不同流向和不同车道功能等复杂因素的相互影响,建立了基于等饱和度的交叉口车道功能优化模型。模型根据不同车道布置模式,考虑了进口流量比最小和进口流量比方差最小两类目标函数,并引入了进出口道车道平衡、流量匹配、车道功能冲突、车道等饱和度等约束条件。针对合用车道情形,根据不同模式分别建立了等饱和度约束方程。结合模型特征,给出了模型的快速求解方法。实例验证表明,交叉口车道功能优化模型简单有效,能够优化出每个进口推荐备选车道功能方案,模型可以较大程度上降低交叉口关键流量比之和,提高交叉口交通设计的效率和精度。     

基于Ring-Barrier相位的交叉口车道功能判分与信号配时协同优化模型

为了最大限度地利用交叉口的时空资源,以Ring-Barrier相位模式为基础,建立了交叉口信号配时与进口车道功能划分协同优化的数学模型.该模型是一个常规的整数非线性规划模型,目标函数是整个信号交叉口的车均延误最小,连续变量包括周期时长和各相位的绿灯时长,整数变量是交叉口各个进口处不同转向运动的车道数量.根据该模型的特点,给出了分支定界的解法.选取南京市一个交通繁忙的信号交叉口进行实地调查,采集了信号配时和车道功能划分等相关数据,并采用VISSIM仿真软件对该路口的优化效果进行评价.结果表明,相比常规的优化模型,该协同优化模型可以将交叉口的车均延误减少20.01%,周期时长缩短18.15%.     

面向变向交通组织的信号控制 交叉口进口短车道设置方法

为解决城市交通流的潮汐特性造成道路资源利用不合理的问题. 引入了交叉口进口道短车道的概念,探讨了有交叉口存在的城市道路变向交通组织方法,以可变车道短车道长度为自变量建立交叉口进口道通行能力模型,并利用VISSIM进行交通仿真检验该模型. 研究结果表明,文中建立的模型具有可行性,同时确定了模型中排队车辆车头间距的最优取值,分析模型可知可变车道长度在一定范围内增加时可以提高交叉口进口道的通行能力.     

基于车道的交叉口车道功能和信号相位优化模型

考虑不同进口道、不同流向、不同车道功能及不同相位方案等复杂因素的相互影响,建立了基于车道的交叉口车道功能和信号相位优化模型。模型目标函数采用交叉口关键流量比最小,考虑进出口道车道平衡、流量匹配、车道功能冲突、合用车道等饱和度等约束,能够同时优化进口道和出口道,给出了模型求解算法。提出的模型变量较少,与目前交通设计方法衔接更好,能够得到全局最优解,求解方法也相对简单。实例验证表明,模型能够有效降低交叉口关键流量比、周期和车均延误。     

信号交叉口控制延误算法的适应性研究

针对美国HCM 2000基于车道组计算信号交叉口控制延误方法中对同一车道组内各车道使用不均衡情况的处理方式与实际情况不符合的问题,依托交叉路口实例分析了基于车道组和基于车道两种控制延误计算方法的差异,且对Webster延误计算公式以及排队论模型进行了探讨,分析了造成此差异的原因,得出了基于车道组和基于车道的两种控制延误计算方法的适用条件,并对普遍采用的控制延误计算方法及计算工具的开发提出了改进建议.研究成果对于准确计算信号交叉口控制延误、指导相应的辅助计算工具开发具有参考价值.     

相邻交叉口短车道长度与配时参数协同优化

针对相邻交叉口在共有连线上均渠化左转短车道的现况,研究其时空资源的最优配置.通过分析短车道对进口道饱和流率的影响,建立以交叉口通行能力最大化与车均延误最小化为目标函数、以短车道长度和相位有效绿灯时间为决策变量的多目标优化模型.以大连市两相邻交叉口为例,通过Matlab软件对优化模型进行编程求解,进而利用VISSIM软件对现有方案和优化方案分别进行仿真试验.结果显示,优化方案虽然使每个交叉口通行能力减小,但是也使每个交叉口车均延误、饱和度和平均排队长度减少.此外,优化方案使每个交叉口通行能力与车均延误之比增大,使单位时间内通过两个交叉口的总车辆数增加.研究成果表明,交通组织与信号控制的协同优化设计可以实现交叉口群的时空资源的最优配置.     

交叉口可变车道最佳车道功能及信号转变方法

为了保障交叉口车道功能动态控制的效果,并在确保行车安全的前提下,减少车道功能转变过程中对交叉口通行能力所造成的损失和对驾驶员所造成的不适应性,对交叉口动态车道功能划分的实施方法进行了研究.实施方法分为两个步骤,首先基于二进制优化判断模型,确定实施方案;在此基础上,根据信号相位变化的类型,考虑安全、效率及快捷等因素,确定方案实施的时刻.研究表明,并不是所有最优的车道功能方案都有必要实施,此外,方案实施时刻也会根据转变前后车道功能和信号控制情况而变化.     

无信号交叉口左转车道设置依据研究

以交叉口运行效率为目标,运用概率论、排队论和交通流理论对无信号交叉口左转车道的设置依据进行研究.假设车流到达率服从泊松分布,根据左转与直行车辆的相互作用过程和运行特性,推导了无信号交叉口左转车道设置的左转交通量阈值表达式,并讨论了模型中的参数:受左转影响的直行车停车概率的限值、左转穿越对向车流的临界间隙和进口道车道数.对典型情况进行模拟计算,绘制了左转车道设置的准则图表.对计算结果分析得出了无信号交叉口设置左转车道左转交通量的变化规律.研究成果为左转车道的设置提供了定量化的依据.     

信号交叉口共用车道通行能力概率模型

研究信号交叉口共用车道通行能力的计算方法.分析了共用车道信号交叉口的阻塞情况,并以直右共用车道为例,提出了基于概率论的精确数学模型来计算其通行能力,结合实地调查数据和VISSIM仿真模型,分析本模型的精确性和适应性.结果表明,模型原理正确,考虑到了影响信号交叉口共用车道通行能力的各种因素,得到的计算结果更接近实际.     

提高交叉口通行能力的特殊宽度车道设计方法

为了提高交叉口空间资源的利用效率,基于车道组合使用的思想,提出了一种由两条窄车道构成的特殊宽度进口车道设计方法.基于小型车在两条窄车道上并列行驶的概率分布,建立了通行能力计算模型,并运用VISSIM仿真对模型精度进行了检验.通过一系列算例,对比了特殊宽度车道与传统车道的交通运行效益.研究表明,特殊宽度车道可提高车道的通行能力,提升量与大车率和只允许在两条窄车道中某条车道内通行流向的交通量比例负相关,与在两条窄车道均允许通行流向的交通量比例正相关,最高可达75%,且一般当大车率在30%以下时,可达到提升车道通行能力10%的目标.     

高速公路收费站车道功能及方向优化模型

为解决临近城区的高速公路收费站节假日潮汐拥堵问题,通过动态调整收费车道使用功能和切换车道收费方向,提出了收费站车道类型及收费方向控制方法,并给出了相应的收费车道配置流程。结合排队论,考虑车道控制约束,以收费站运营成本、用户延误成本和收费站免费放行损失成本之和最小为目标,构建车道功能及收费方向优化模型。研究结果表明：双向收费车道需设置在收费广场中间,收费站拥堵免费放行位置以在用车道平均排队车辆数5～10辆为判定标准;与不可切换收费方向的传统方案相比,车道控制方案通过平衡出入口交通需求,动态调整车道方向,提升了收费站通行效率;系统成本随电子不停车收费(electronic toll collection, ETC)使用率的增加、交通需求的降低而减少;车道控制方案的系统成本不大于传统方案,且存在潮汐车流时,车道控制方案效益提升更加明显。所提出的车道控制方法能适应不同流量场景,对收费站车道开放和“潮汐车道”设置具有指导意义。     

考虑区域交通信号配时优化的公交专用道线网规划

在公交专用道线网实际规划时,需要综合考虑交叉口延误与信号配时等因素的影响。为了使公交专用道线网规划更加合理,在考虑区域信号配时优化的条件下,以绿信比作为各个交叉口的信号配时优化变量,建立了双层规划模型,上层模型的目标函数是使网络的总出行时间最小,下层模型由交通方式划分模型、小汽车客流分配模型和公交客流分配模型3部分组成,并采用遗传算法对模型进行了求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明：在进行公交专用道线网规划时,交叉口的延误不可忽略;在考虑交叉口延误的基础上,对区域信号配时优化可进一步降低网络的出行总成本。     

考虑区域交通信号配时优化的公交专用道线网规划

在公交专用道线网实际规划时,需要综合考虑交叉口延误与信号配时等因素的影响。为了使公交专用道线网规划更加合理,在考虑区域信号配时优化的条件下,以绿信比作为各个交叉口的信号配时优化变量,建立了双层规划模型,上层模型的目标函数是使网络的总出行时间最小,下层模型由交通方式划分模型、小汽车客流分配模型和公交客流分配模型3部分组成,并采用遗传算法对模型进行了求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明：在进行公交专用道线网规划时,交叉口的延误不可忽略;在考虑交叉口延误的基础上,对区域信号配时优化可进一步降低网络的出行总成本。     

基于双向窗口特征提取技术的车道线检测算法

为提高车道线检测算法的准确性与稳定性, 提出一种基于双向窗口特征提取技术的车道线检测算法。融合运用Hough 变换与边缘分布函数技术得到车道线的直线特征点; 运用双向窗口特征提取技术获得所有车道线特征点, 包括直线部分与弯曲部分。获得直线与双曲线相结合的车道线模型: 在近视场, 应用直线车道线模型能获得较好的鲁棒性; 在远视场, 使用双曲线模型可有效检测出车道线的弯曲部分。实验结果表明, 相较于已有的车道线检测算法, 该方法可有效提高多种场景下车道线检测的准确性和稳定性。     

基于融合分割和LASSO回归的实时车道偏离预警

在有路面污染、标识干扰等复杂高速道路环境下,车道偏离预警系统的鲁棒性和实时性会变差。为此提出一种利用两种算法融合分割和LASSO回归模型进行车道线检测和偏离预警的新方法。首先,分别采用TopHat算法和OTSU算法分割出车道线背景并进行"与"运算融合,据此准确提取出车道信息;其次,分两步检测车道线,第一步基于概率Hough变换进行直线检测,将检测出的车道线位置设为动态ROI区域并进行卡尔曼滤波跟踪处理,第二步是基于LASSO多项式回归模型对车道线再次进行参数估计和拟合,以改善使用最小二乘法时的过拟合问题;最后,根据设置的虚拟车道线和角度模型进行车道偏离预警决策。实验结果表明,所提出的方法在复杂道路环境下的平均正检率为96.07%,检测速率可达到32 ms/帧,即具有良好的鲁棒性和实时性。     

飞机排班问题的模糊优选动态规划模型

提出一种基于多目标模糊优选动态规划方法有效解决飞机排班问题的新算法.该算法将二级模糊模式识别理论与动态规划概念相结合,建立了以飞机使用均衡、航班尽快恢复为目标函数的多阶段多目标前向动态规划模型,从第一阶段开始,对各阶段的可行决策进行多目标模糊优选,依次向后递推得到调度结果.实验数据表明,飞机调度策略与实际飞机排班结果一致,耗时仅9.06s,该算法能有效解决飞机排班问题.