面向环境和能源可持续的城市交叉口信号灯布局优化模型研究

The deployment of traffic signal lights has a great influence on behavior of users’ route choices, vehicle emissions, fuel consumption, related management policy making, safety of intersection and other aspects. This project aims to model research on optimal deployment of traffic signal lights for environment and energy sustainable urban development through comprehensive use of traffic network equilibrium theory, optimization theory, economics and behavior science. Firstly, propose a model to optimal deployment of traffic signal lights in a congested road network based on the interaction between traffic signal light locations and travelers’ route choices, and the safety of intersection and the risk behavior of heterogeneous users will be considered in the model as well. Then the research will study the problem of optimal deployment of traffic signal lights with environment and safety objectives, and the model will optimize the number and deployment of traffic signal light. Finally, this study will propose an energy sustainable traffic signal lights deployment model for a congested road network with heterogeneous users, and the model will consider the interaction between the deployment of traffic signal lights and energy policy (e.g. fuel surcharges). The research can enrich and improve the optimization and design theory of traffic lights deployment, but also provide a powerful decision support and scientific basis for China's urban transportation planning and management.

交通信号灯的布局对用户的路径选择行为、车辆的尾气排放和燃油消耗、交通安全性、各种相关管理政策的制定等方面都有着较大的影响。本项目拟综合运用交通网络均衡理论、最优化理论、经济学、行为科学等理论和方法，对面向环境和能源可持续的交通信号灯布局与优化问题进行建模研究。基于交通信号灯布局对用户路径选择行为的影响，建立交通信号灯布局优化模型，模型将考虑交叉口的安全性和不同属性出行者对待交叉口安全性的风险行为等；研究多目标的交通信号灯布局优化问题，对环境和安全目标下的交通信号灯数量和布局进行优化；研究能源可持续的交通信号灯布局优化问题，揭示信号灯布局同燃油政策（如燃油附加费）之间的相互作用以及对不同类型用户行为的影响等。该研究成果既可丰富和完善交通信号灯布局优化与设计理论，也可为我国城市交通规划与管理提供有力的决策支持和科学依据。

交通信号灯的布局对用户的路径选择行为、车辆延误、车辆的尾气排放和燃油消耗、交通安全性、各种相关管理政策的制定等方面都有着较大的影响。本项目将环境和能源因素纳入到交通信号控制策略中，对面向环境和能源可持续的交通信号灯布局优化问题进行了建模研究。首先，基于交通信号灯布局对用户路径选择行为的影响，建立交通信号灯布局优化模型，模型考虑了无信号控制交叉口的安全性成本，为合理规划信号灯布局提供理论依据；其次，建立了以环境和安全为目标的交通信号灯布局优化模型，对交通信号灯的数量和布局进行优化，模型考虑了安装信号灯的数量和布局在环境目标和安全目标之间的矛盾关系，同时比较分析不同方案下交通信号灯布局对环境、交通系统以及用户出行行为的影响。再次，建立了能源可持续的交通信号灯布局优化模型，对交通信号灯数量、交通信号灯布局和燃油附加费率进行优化，揭示了信号灯布局同燃油政策（如燃油附加费）之间的相互作用以及燃油附加费对用户出行行为的影响。最后，针对非拥挤交通网络，建立了一个具有延误目标和安全目标的多目标双层规划模型，分析了交通信号灯的数量和布局对网络交通延误和网络安全性的影响。以上研究结果表明：不同的信号灯布局可以显著影响到用户的出行成本；一个交通网络中交通信号灯的数量和布局对网络交通排放量和网络安全性具有显著的影响，信号灯数量增加，交通网络安全性得到提高，但是交通排放量也会增加，反之亦然；燃油附加费政策对交通系统是有利的，同时交通信号灯的数量和布局会影响到整个交通网络的社会福利和安全性能以及交通延误。该研究成果既可丰富和完善交通信号灯布局优化与设计理论，也可为我国城市交通规划与管理提供有力的决策支持和科学依据，使城市交通规划与管理工作更加理性、科学，更符合可持续发展的要求；同时也为缓解我国城市的交通拥挤提供科学的理论依据。