设置预信号的交叉口群交通信号协调控制方法研究

The collaborative design method of the intersection group with pre-signal and the optimization method of its traffic signal control are needed urgently for the purposes of reducing the traffic congestion caused by the limitations of intersection capacity and improving the efficiency of pre-signal system. This research will optimize the both temporal and spatial road resources of the intersection group to enhance the capacity of the inetrsections with pre-signal system. The traffic flow characteristics of the intersection group with pre-signal can be obtained by investigation and simulation for the spatial and temporal distribution of vehicle trajectory under various condition to reveal the interaction between the design parameters and traffic flow characteristics. The collaborative design method of the pre-signal system at intersection group can then be established. The strategy, control logic and optimization objectives of the optimization of traffic signal under congested status are demonstrated based on the traffic control strategies for over-saturated intersection group. The traffic signal coordination method for intersection group with pre-signal system is then proposed. The optimization contents include: signal timing for critical intersection, phase switching, coordination of pre-signal and main signal and offset along the critical route. The VISSIM SCAPI simulation platform can be applied to test the proposed algorithms and the field-ready hardware-in-the-loop simulation can be utilized for field evaluation. The expected results of the research can provide theoretical basis for the collaborative design and the traffic signal optimization of the intersection group with pre-signal.

为缓解因交叉口通行能力不足而造成的交通拥堵，提升预信号系统的效率，需在交叉口群范围内研究预信号的协同设计及其交通信号控制优化方法，以优化道路时空资源，进一步提升通行能力。本项目拟通过对预信号交叉口群交通流特性的调研与仿真，揭示预信号系统的设计参数与交通流特征的内在联系机理，建立预信号交叉口群的协同设计方法；通过深化过饱和状态交叉口群交通控制策略，提出拥堵状态预信号交叉口群交通控制的策略、控制逻辑及优化目标；构建预信号交叉口群交通信号协调控制方法，对关键交叉口信号配时、相位转换方案、主/预信号协调控制及关键路径相位差进行优化。算法测试应用VISSIM SCAPI仿真平台，实地测试采用可工程实践的硬件在环仿真评价。研究成果可为预信号交叉口群的协同设计及其交通信号控制优化提供理论依据。

交叉口在设置预信号后可通过对进口道不同流向交通流的整流措施，使进口道车道的利用效率得到提升，从而缓解因交叉口进口道通行能力不足而造成的交通拥堵。为提升预信号系统的效率，需在交叉口群范围内研究预信号的协同设计及其交通信号控制优化方法，以整体优化道路时空资源，进一步提升通行能力。项目通过元胞自动机及排队论等方法分析交叉口进口道设置预信号后的交通流运行机理，得出预信号单点交叉口的运行同待行区域长度、信号配时方案等因素相关，并建议其待行区域长于120米，整体路段长度应大于300米。项目研发了基于WiFi信息的分布式交通信息检测设备，可用于识别车辆在路网中的行程时间及路径；研发了基于现场可编程门阵列技术的硬件在环仿真系统的信号机通讯设备，从而同VISSIM仿真软件一起实现交通信号机的硬件在环仿真，以对所提出算法在实地的应用效果进行测试。项目综合应用心生理检测设备、GPS数据、神经网络等多种技术，对车辆行驶过程中及应对信号的反应进行了测试与标定，研究结果显示，应用心生理检测设备可获取驾驶员各阶段的驾驶特性，应用GPS数据建立数据驱动模型可识别路网交通流特征，应用神经网络技术可对闯红灯等行为进行预测。为保证设置预信号的单点交叉口储流阶段的运行效率，建议采用相位轮放的设计，在此基础上如需实现预信号配时根据实时交通需求优化，可采用感应控制或基于动态规划的交通信号配时优化方法；在交叉口群层次，应用整流的相位轮放设计会打破交叉口间车队的绿波，因此可通过设置左转远引形式，通过使左转车辆跟随直行车辆通过交叉口后再掉头右转实现左转，从而实现在预信号交叉口应用常规信号配时方法进行协调控制。上述研究成果基本解答了预信号交叉口群应该如何设计及其交通信号控制应该如何优化的问题，可为实际应用提供理论依据。