城市主干路溢流的形成机理、协调控制及仿真实验研究

项目针对城市交通溢流问题，按照"交通流建模-模型参数标定-交通溢流控制-仿真实验验证"的技术路线，拟开展以下研究内容：一、利用申请者已有改进的跟车（跟驰）模型的理论和方法，建立信号灯控制作用下的微观交通流模型，分析路段几何结构和相邻交叉路口之间的信号灯周期、绿信比、相位差等参数变化对路段交通溢流形成及运行的影响；二、研究基于"物理排队"的交通流后向波动特性，系统地分析在交通溢流形成过程中，主干路上交通流量、速度、密度等参数之间的内在关系及其变化趋势，深入讨论交通溢流的传播特性和影响范围，挖掘其形成机理和规律；三、开展实际交通实验，采集实际数据，研究基于数据的微观交通流模型参数标定；四、研究主干道路交通流的实时协调控制机制，探索减少和避免路段交通溢流发生的信号配时优化和强制控制策略；五、开发实验室虚拟仿真软件，搭建半实物的交通仿真实验平台，将交通流理论应用到实际的交通管理与控制中。

城市交通拥堵问题由来已久，由于交通信号控制、交通事件等因素的影响，交通拥堵的极端形式-交通溢流时常在交通高峰期发生，严重的情况下它能够致使交通网络几近瘫痪，对出行人员和车辆产生无法估量的时间和经济损失、燃油能量损耗和空气环境污染等。.本项目旨在解决城市交通系统中交通流处于接近饱和状态时发生的交通流排队长度溢出路段的交通拥堵问题。项目沿着“交通流建模-溢流机理挖掘-交通溢流识别-交通参数标定-交通溢流控制-仿真平台搭建”的技术路线开展研究，主要研究成果分为以下几个方面：一、在已有交通流跟驰理论的基础上，建立新颖的考虑信号控制作用的交通流跟驰模型，通过增加不同路况效应包括坡度、曲率半径和道路摩擦系数等因素来增强交通流模型的适用性；二、在此基础上，利用该模型来模拟和复现城市道路上交通流的复杂行为，包括城市道路上交通流的波动及其传播行为；三、深入探讨城市交通溢流的自动识别算法，研究基于视频的车辆排队长度动态预测算法，在此基础上，深入分析交通溢流的发生机理；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，建立了多交叉口动态交通流控制模型、基于子区域的交通流控制模型和基于元胞传输模型主干路协调控制方法，研究避免交通溢流产生的交通信号控制策略；六、在仿真平台建设方面，提出一种并行化的交通信号对比分析算法，为仿真实验平台的快速运行提供理论支持。.以上成果中，以考虑信号灯作用的交通流跟驰模型、城市交通主干路溢流机理及其控制策略、基于视频的交通溢流识别算法、基于元胞传输模型的主干路协调控制算法等为核心，形成了一系列围绕交通溢流问题的理论成果，为解决城市交通拥堵问题提供了理论支持和指导。