《交通管理与控制》讲义(剩余).pdfVIP

第五章 区域信号协调控制 随着城市道路交通量的增长，路网密度的增强，交叉口之间的相关性日益 明显。在一个区域或整个城市中，一个交叉口交通信号的调整往往会影响到相 邻若干个交叉口交通流的运行状况，一个交叉口的拥堵可能会随着时间的推移 逐步波及到周边数个交叉口乃至所在区域内的所有交叉口。因此，城市对交通 信号控制的要求变得越来越高，以某个区域或者整个城市作为研究对象的区域 信号协调控制方法也越来越受到研究人员的重视。如何从整个系统的战略角度 出发，将区域内的所有交叉口以一定方式联结起来作为研究对象，同时对各个 交叉口进行有效的区域信号协调控制设计，以提高整个控制区域内的交通运输 效率，解决城市交通容量不足、交通拥堵与交通污染等交通问题，已成为城市 交通控制的发展新要求。 5．1 区域信号控制基本概念 5 ．1．1 区域信号控制的定义 狭义上的区域信号控制是将关联性较强的若干个交叉口统一起来，进行相 互协调的信号控制方式，即所谓的区域信号协调控制；广义上的区域信号控制 是指在一个指挥控制中心的管理下，监控区域内的全部交叉口，是对单个孤立 交叉口、干道多个交叉口和关联性较强的交叉口群进行综合性地信号控制。 5 ．1．2 区域信号控制系统的分类 1．按控制策略分类 区域交通信号控制系统按其控制策略的不同，可分为定时式脱机控制系统 和自适应式联机控制系统。 定时式脱机控制系统将利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处 理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个区 域交通实施多时段的定时控制。这种控制系统具有简单可靠、效益投资比高的 优点，但不能及时响应交通流的随机变化，特别是当交通量数据过时、控制方 案老化后，控制效果将明显下降，此时需要消耗大量的人力重新作交通调查， 以制订新的优化配时方案。 自适应式联机控制系统是一种能够适应交通量变化的“动态响应控制系统” 。 这种控制系统通过在控制区域交通网中设置检测器，实时采集交通数据，再利 用配时优化算法，实现区域整体的实时最优控制。它具有能较好地适应交通流 随机变化，控制效益高的优点，但其结构复杂、投资较大、对设备可靠性要求 较高。 然而，自适应式联机控制系统在应用中的实际效果有时并不如定时式脱机 控制系统，造成这种局面的主要原因是目前的自适应式联机控制系统不能做到 完全实时、迅速地对交通变化做出反应，优化算法的收敛时间过长，交通量的 波动性与优化算法计算时延可能致使实际控制效果很不理想。 2 ．按控制方式分类 区域交通信号控制系统按其控制方式的不同，可分为方案选择式控制系统 和方案生成式控制系统。 方案选择式控制系统通常需要根据几种典型的交通流运行状况，事先求解 出相应的最佳配时方案，并将其储存在计算机内，待到系统实际运行时再根据 实时采集到的交通数据，选取最适用的控制参数，实施交通控制。这种控制系 统具有设计简单、实时性强的优点。 方案生成式控制系统则根据实时采集到的交通流数据，利用交通仿真模型 与优化算法，实时计算出最佳信号控制参数，形成配时控制方案，实施交通控 制。这种控制系统具有优化程度高、控制精度高的优点。 3．按控制结构分类 区域交通信号控制系统按其控制结构的不同，可分为集中式控制系统和分 层式控制系统。 集中式控制系统是利用一台中、小型计算机或多台微机连接区域内所有交 叉口的路口信号控制机，在一个控制中心直接对区域内所有交叉口进行集中信 号控制。这种控制系统的控制原理与控制结构较为简单，具有操作方便、研制 和维护相对容易的优点，但同时由于大量数据的集中处理及整个系统的集中控 制，需要庞大的通信传输系统和巨大的存储容量，因此系统存在实时性差、投 资与维护费用高的缺点。 分层式控制系统通常将整个控制系统分成上层控制与下层控制，上层控制 主要接受来自下层控制的决策信息，并对这些决策信息进行整体协调分析，从 全系统战略目标考虑修改下层控制的决策；下层控制则根据修改后的决策方案， 再作必要的调整。上层控制主要执行全系统协调优化的战略控制任务，下层控 制则主要执行个别交叉口合理配时的战术控制任务。分层式控制结构一般又分 为递阶式控制结构与分布式控制结构两种。递阶式控制结构的最大特点是同一 级控制单元间的信息交换必须通过上一级控制单元进行，其控制结构呈树形结 构；分布式控制结构的最大特点是每一级控制单元除了可与其上一级控制单元 进行信息交换之外，也可与同一级其它控制单元进行信息交换，其