城市交通流额外排放的成因机理、理论建模与优化控制研究

Aiming to control the formation of the extra emissions due to the external effects such as traffic signal in the urban traffic flow, we will conduct the studies based on the technical outline of “analyzing formation mechanism -building theoretical model-calibrating model parameters-formulating control strategy-developing experimental platform”. Firstly, investigate the forming mechanisms of traffic flow extra emission with signal control effect in the traffic flow system. Secondly, explore the quantitative relationship between the traffic flow parameters and extra emissions for single vehicle and build the theoretical “extra emission” estimation model. Then, work out the parameters calibrating methods used to carry out the field experimental test to calibrate model parameters in urban traffic system. Thirdly, develop optimizing models for “single point control, arterial control and area control” with the goal of minimizing the extra emission and construct a three tiers traffic emission control theory system. Fourthly, design the simulation platform by integrating our theoretical models and algorithms based on the demand analysis of database structure and system architecture. In general, after the above investigations, a new traffic control theory system with a goal to minimize the vehicles’ extra emission will be developed and urban traffic system will possibly reach the goal of “low carbon, less pollutant and energy saving”.

项目针对城市交通流在交通信号等外部因素作用下产生的额外排放及其控制问题，按照“剖析成因机理-建立理论模型-标定模型参数-设计控制策略-开发实验平台”的主线，拟开展以降低交通流额外排放为核心目标的优化控制理论研究，主要内容如下：一、研究交通信号控制作用下交通流运行行为对交通排放的影响机理；二、深入挖掘单辆机动车的运行参数与交通“额外排放”之间的定量关系，建立微观交通流“额外排放”理论估计模型；同时，研究模型参数的标定方法，并利用此方法，在实际交通系统中标定“额外排放”模型的相关参数；三、在前述理论研究的基础上，从微观、中观和宏观三个层次研究“点、线、面”三级多目标优化控制策略。四、研究仿真系统数据结构和总体系统架构需求，搭建和开发交通流“额外排放”控制仿真实验原型系统。通过研究，将探索出以车均“额外排放”最小为核心目标的交通流控制理论新体系，尽可能使城市交通系统实现低碳、环保、节能。

空气污染问题由来已久，由于机动车在行驶过程中受到交通信号控制、道路状况等外来因素的影响，导致车辆尾气实际的排放量迅速增加，成为城市空气恶化的重要贡献者，对城市生存环境产生巨大的负面影响。.本项目旨在解决城市交通流在交通信号等外部因素作用下产生的额外排放及其控制问题。项目沿着“交通流建模-额外排放影响机理-交通参数标定-额外排放控制策略-仿真平台搭建”的技术路线开展研究，主要研究成果分别如下：一、在已有交通流跟驰理论的基础上，建立新颖的信号控制作用下交通流跟驰模型，通过调节灵敏度、无人驾驶车渗透率、自稳效应、平均期望速度场权重以及信号控制参数等因素来增强交通流模型的适用性；二、利用该模型来模拟和复现城市道路上交通流的复杂行为，研究城市道路上交通流的波动性质及其传播规律；三、研究城市道路上信号控制作用下交叉路口和各种实际道路交通流运行行为，深入分析交通流运行参数变化对交通排放的影响机理；四、通过采集实际交通数据，标定交通流模型的相关参数，增强模型的实用性；五、在标定参数的基础上，以交通流的“额外排放”最小为核心目标，建立城市交通系统“微观、中观和宏观”三个层次的“点、线、面”三级交通信号优化控制策略；六、提出一种并行化的交通信号对比分析算法，搭建虚实结合的半实物仿真实验平台，验证提出的理论模型、控制算法和控制策略。.上述成果中，以交通流“额外排放”理论模型为核心，建立新的混合交通流跟驰模型，设计以城市交通排放最少为主要指标的多目标优化控制策略，形成“点、线、面”三级微观交通流优化控制体系，研究产生一系列以交通流“额外排放”控制为核心的交通流优化理论成果，为城市交通排放估算和有效控制提供理论支撑和依据。