多交叉口排队长度一致性协调控制方法及其仿真研究.pdf

多交叉口排队长度一致性协调控制方法及其仿真研究 摘 要 随着国内各大城市的发展外扩，城市交通路网结构也随之不断扩展，城市 交通系统的快时变、多参数和强非线性等特性也使得建立准确的交通流动力学 模型变得越来越复杂。基于数据驱动的控制方法就是仅利用交通系统输入输出 数据设计交通控制策略。从而解决因建模约束条件多、只适用于特定场景所带 来的局限性问题。同时，随着路网拓扑结构的多变与系统呈现分布式特点，多 智能体系统与智能交通系统的联系也越发紧密，进而解决城市交通系统的强非 线性以及网络非平稳性等一系列问题。本文目的在于将多智能体系统与数据驱 动控制相结合，共同作用于城市道路交通系统，并在单、多交叉口实现交通信 号的自适应协调控制。本文主要研究内容如下： 1、针对四相位单交叉口在固定周期控制中各相位排队长度不均衡问题，考 虑由交叉口信号控制器通信构建多智能体交叉口协调控制模型。定义全局协调误 差与跟踪目标，提出一种分布式数据驱动自适应协调控制方法，通过 MATLAB 仿真和比对实验验证方法有效性。 2 、针对设置可变导向车道四相位单交叉口的车道属性动态变化时刻选取与 车流变化不匹配问题，分析设置可变导向车道条件。定义交叉口各方向车流饱和 度以及排队协调误差，实现设有可变导向车道交叉口的自适应协调控制，通过与 单交叉口排队均衡控制方法进行仿真对比，验证方法合理性。 3、针对多交叉变周期控制中存在全局排队长度不均衡问题，考虑各方向到 达车流与相邻交叉口车流关联性，提出多交叉口排队长度模型。根据各交叉口各 方向排队长度全局协调误差，设计了适用于多交叉口的数据驱动自适应协调控制 策略。最后，通过仿真验证改进后的多智能体自适应协调控制方法对多交叉口的 适用性。 关键词：多智能体系统，数据驱动控制，自适应协调控制，可变导向车道 I 第一章 绪论 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究意义2 1.3 国内外研究现状2 1.3.1 交通多智能体系统及数据驱动控制3 1.3.2 交叉口排队长度均衡控制4 1.3.3 交叉口可变导向车道控制5 1.4 研究内容及技术路线7 1.4.1 准备工作7 1.4.2 研究内容8 1.4.3 技术路线9 第二章 多智能体单交叉口排队长度均衡控制11 2.1 基于多智能体的单交叉口变周期四相位排队长度模型 11 2.2 基于数据驱动的单交叉口排队长度一致性控制算法 16 2.3 仿真验证 16 2.4 本章小结22 第三章 可变导向车道的单交叉口排队长度均衡控制 24 3.1 基于交通状态判别的交叉口可变导向车道设置条件26 3.2 可变导向车道模型构建与属性判别阈值条件26 3.3 基于数据驱动的设有可变导向车道单交叉口排队长度一致性控制算法...31 3.4 仿真验证31 3.5 本章小结34 第四章 多智能体多交叉口排队长度均衡控制36 4.1 基于多智能体的多交叉口变周期排队长度模型36 第一章 绪论 4.2 基于数据驱动的多交叉口排队长度一致性控制算法38 4.3 仿真验证40 4.4 本章小结46 第五章 总结与展望 47 5.1 研究成果47 5.2 研究展望47 参考文献 49 在学期间的研究成果 54 感谢信 55 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 研究背景 随着城市交通交通需求的增加,现有交通基础设施使用荷载不断增大，造成 城市路网内部愈发拥堵,特别是路网中交叉口堵塞, 由此造成的车辆延误越来越大 且环境污染也越来越严重。交通路网的拓扑结构多变和分层控制特点，让多智能 体技术应用于城