城市交通干道的交叉口信号控制方法研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870315-S164学科分类号：081104硕士学位论文城市交通干道的交叉口信号控制方法研究研究生姓名王　瓅学科、专业模式识别与智能系统研究方向建模与控制指导教师陈复扬教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月I城市交通干道的交叉口信号控制方法研究NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonTrafficSignalControlStrategiesforArte

2、ryinUrbanRoadAThesisinPatternRecognitionandIntelligentSystemsbyWangLiAdvisedbyProf.ChenFuyangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III城市交通干道的交叉口信号控制方法研究摘要随着城市道路交通中干道的拥堵情况日益严重，道路交叉口的控制信号优化问题被人们越来越重视。本文针对城市干道的拥堵问题，优化了综合效率指标以及寻优方法，设计了信号决策方案。结合信号决策方法，设计了首个交叉口信号的反馈控制策略。并拓展了所设计的控制策略，使控制方法可以抑制溢流现象。本文的具体

4、工作如下：结合优化的综合效率指标，设计了交叉口信号配时的寻优方法。针对城市道路中车队到达下游路口的不同时间，分别设计了相应的隶属度函数，整合了不同车队到达类型的延误模型，使得综合模型可以计算车队在周期中任意一个时间点到达下游路口的平均延误时间。在交叉口信号的寻优过程中，针对爬山法所存在的可能陷入局部最小值的情况，增加了外循环的搜索机制，提高了算法搜索全局最优值的能力，并利用通用测试函数检测算法性能。在仿真结果中，对比了所提出的控制策略与固定配时的控制效果，验证了所提出方法的有效性。为了解决信号寻优方法抵抗系统参数变化能力弱的特点，设计了带有Petri网的自适应控制方法。

5、在模型设计中，提出token变迁的概念，扩展了Petri网的部分理论。利用该理论，设计了城市道路交叉口的Petri网模型，加入附加相位以及临时等待区的模块，使得模型更加的符合实际情况。将设计的Petri网模型用作参考模型，结合优化的信号决策方法，创新性地设计了用于交叉口信号的自适应控制方法。首次在信号配时中引入反馈控制，增加了交叉口信号控制系统对车流量的扰动以及系统参数变化的抵抗能力，并利用李雅普诺夫函数推导了带有Petri网的自适应控制策略的稳定条件。同时，采用最小二乘支持向量机，预测车流量的变化，优化了控制策略。在仿真中，实际采集车流量数据，验证了所设计的Petri

6、网模型以及控制策略的有效性。进一步拓展带有Petri网的自适应控制方法，针对城市路网的溢流现象，在Petri网模型中增加了信号切换模块以及防止车道溢流模块。并且优化了模型参考自适应方法，使得排队等待车辆能够稳定在期望值左右。在仿真过程中，验证了所设计的控制策略的防止溢流能力，且与前文的控制策略进行了对比，分析了防止溢流控制策略对于上游路口的影响。论文在仿真过程中所用数据采集于实际的道路交叉口系统。通过实际的车辆数据，统计得到车辆通过路口的平均时间以及不同时间段的车流量大小，提高了论文的应用价值以及控制策略在实际应用中的有效性。关键词：城市干道，信号决策，车队延误模型，爬

7、山法，Petri网，模型参考自适应，溢流。IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeincreasinglyseriouscongestionproblem,moreandmorepeoplefocusonthesignaloptimizationatintersection.Inthispaper,thesignaldecisionprocessismodifiedtoeasetheburdenoftheartery.Thefirstadaptivecontrolstrategyisinnovativelydesig