无信号控制环形交叉口通行能力改善方案研究

以上海S5/宝安公路环形交叉口改造为典型案例,对城市郊区环形交叉口面临的问题进行剖析,给出了交叉口改造方案,并对比分析了改造前的环形交叉口与改造后的十字信号交叉口的通行能力,指出在城市交通需求日益增加的今天,将无信号控制环形交叉口改造为信号控制十字交叉口能有效提升交叉口通行能力,提升郊区道路交叉口对货车流的适应性,可为城市郊区环形交叉口改造工程提供借鉴。

基于模糊控制的环形交叉口信号配时方案优化

为了缓解进口道流量差异导致的环形交叉口拥堵,提高环形交叉口的交通运行效率,运用模糊控制的方法,提出一种适合环形交叉口的模糊控制器,以当前相位和下一相位的车辆最大排队长度为输入变量,以当前相位的绿灯延长时间为输出变量,通过优化信号配时方案来减小环岛车辆的平均延误,并借助MATLAB的模糊逻辑工具箱对模型进行了构建。为验证模型的有效性,以长春市的景阳广场为例进行实例仿真,采用VISSIM软件搭建环岛模型,在保证外部条件不变的情况下分别对优化前后进行仿真。结果显示,环岛车辆的平均排队长度降低了5%,车辆平均延误降低了6%,研究成果为环形交叉口信号配时提供了新思路。

基于A2C的匝道相联交叉口信号控制优化

城市快速路的交通运行效率对于整个城市的顺畅通行至关重要,在早晚高峰期间,受限于相连接辅路的交通承载能力,快速路上较大的交通流量无法顺利从出口匝道驶入目标路段,在匝道上形成排队现象,严重时会导致匝道回溢,使快速路上车道由于被占用而产生交通瓶颈,造成较大的交通出行损失.利用深度强化学习算法进行出口匝道相关联的道路交叉口信号控制优化,将信号灯设为智能体,通过设置检测器,将快速路出口匝道及交叉口的交通运行情况作为智能体获取的状态信息,引入以辅路与出口匝道剩余通行能力之比为动态修正参数的奖励函数,在保证匝道交通运行效率下,完成交叉口信号优化过程.以中国北京市东三环快速路及某关联交叉口为例,借助交通仿真平台SUMO(simulation of urban mobility)及Traci库搭建仿真环境进行实验.结果表明,基于改进A2C(advantage actor critic)算法的信号控制方法在控制效果上优于传统信号控制以及基于深度Q网络(deep Q-network,DQN)算法的信号控制方法,在出行高峰期间能够有效降低匝道回溢的发生概率,有效改善辅道相联交叉口的通行效率.

基于SAC算法的多交叉口交通信号控制研究

针对深度Q网络(deep Q-learning network,DQN)算法在解决多交叉口交通信号配时方案由于外部环境变化和内部参数波动导致效果不佳的问题,提出了基于柔性“行动器-评判器”(soft actor-critic,SAC)的交叉口交通信号控制方法,并设计了相应的系统采样策略和回报函数.与原采样策略相比,新采样策略将相邻智能体的策略信息加入到系统状态中,使当前智能体能够得到更多的交叉口交通分布和合作策略信息.与原回报函数相比,新回报函数中引入空间折扣因子,缩小了相邻智能体的观察和回报值,使当前智能体更加关注和改善当前交通状况.随后在此基础上分别应用DQN和SAC算法设计交通信号控制方法.Webster配时法是利用相位流量数据开发的一种基于周期的固定相位长度交通信号方法,与DQN和SAC算法相比,其优化目标是降低交叉口延迟时间,不考虑交叉口排队长度.在城市交通模拟软件(simulation of urban mobility,SUMO)中构建一个时变交通流交通网络,并在其中分别对基于DQN、SAC和Webster配时法的信号配时控制方法进行仿真测试.仿真结果表明:基于SAC算法的交通信号控制方法与基于DQN算法和Webster配时法的交通信号控制方法相比,能够显著减少交叉口排队长度和平均延迟时间,具体来说,车辆平均排队长度分别减少了17.8%和28.2%,平均延迟分别减少了26.8%和36.3%,说明所提出的方法具有更好的控制效果.

融合注意力机制LSTM网络的城市交叉口信号控制

随着国内机动车保有量的快速提升,城市道路交叉口场景在高密度车流情况下易导致长距离拥堵。为降低交叉口车流拥堵长度,深度强化学习逐渐应用于交叉口信号的控制。而现有交叉口信号控制策略存在对车流状态信息的权重特征欠考虑及时序特征难提取的问题,因此基于深度Q学习(deep Q-learning,DQL)算法提出了一种改进DQL算法,利用注意力机制增强长距离拥堵状态信息的权值,进一步采用长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)学习车流的历史数据,改进了DQL算法对数据不同部分重要性考虑不足及历史数据信息提取欠佳的问题。实验结果表明,所提改进DQL算法与原算法相比,能够降低20%的车辆累计等待时间并且减少21.2%的车辆平均排队数目,提高了交叉口的车辆通行效率。

考虑让行的信号控制交叉口转向交通优化研究

在加强依法让行的实践过程中,出现了“让行加剧拥堵”的现象和误解。为解析该现象并给出优化方法,首先分析了法律规范中关于让行的规定,并从微观角度梳理了信号控制交叉口的各类让行需求。其次,基于让行事件链提出交叉口组织模式、空间渠化、信号控制3个层面的优化方法。最后,通过仿真和实测两种手段对优化方法的效果进行评估。研究表明,信号控制交叉口让行问题改善的关键在于满足让行的时空需求,以及减轻转向机动车驾驶人的观察、决策和行动压力。评价结果表明,优化方法可以有效缓解让行带来的效率降低、视距不良、机非干扰大等问题,并且可以带来一些边际效益,如交通文明提升、交通管理成本降低等。

高架出口匝道下游交叉口信号控制方法研究

城市高架快速路与地面道路,主要通过出口匝道及其下游交叉口进行交通转换,高峰时段出口匝道及下游交叉口交通拥堵频发。以元胞传输模型为基础,构建出口匝道及下游交叉口交通预测模型;采用动态调整周期时长和信号相位的控制策略,建立基于元胞传输模型的交叉口信号控制模型。以排队长度、绿灯和周期时长为约束条件,以各进口道加权平均延误为目标函数,进行信号配时动态优化。以成都市实例匝道和交叉口进行验证,表明本文提出信号控制策略可有效降低此类交叉口的饱和度、延误和排队长度,提升其通行效率。

考虑转弯半径的错位交叉口信号控制方法

针对城市道路错位交叉口几何线形及交通组织的特点,考虑转弯半径对交叉口车辆运行的影响,通过VISSIM仿真软件建立了错位交叉口几何参数与运行参数的关系模型,提出了两种适用于错位交叉口的信号控制方案,并以长沙市曙光南路-劳动中路-曙光中路形成的错位交叉口为研究对象,通过VISSIM软件进行仿真验证与对比分析。研究结果表明:行驶速度和饱和流率随交叉口转弯半径的增大而增大;行车延误随交叉口转弯半径的增大而减小;对于近距离错位交叉口,对饱和流率进行折减后采用协调控制可以减少车辆的平均延误,提高交叉口的通行能力和服务水平。

基于衔接交叉口绿波交通的快速路入口匝道信号控制策略

基于快速路入口匝道与衔接交叉口的绿波交通构建了快速路入口匝道信号控制模型。通过合肥市裕溪路高架对智能控制方案进行算法验证,结果表明:智能控制方案在晚高峰时间段,提升了快速路服务水平,快速路主线行程时间降低率保持在20%以上,在晚高峰时期交通流量提升率在40%以上,主线速度提升30%以上。

国省道无信号控制交叉口安全性评价方法研究

针对目前无信号控制交叉口安全性分级方法研究较少、既有理论在决策若干交叉口改造次序时存在局限等问题,完善当前无信号控制交叉口综合评价体系,重点解决国省道沿线无信号控制交叉口改造数量多与资金有限的突出矛盾。为提高各影响因素与交叉口安全性的直接相关性,选取显见违法发生率、交通冲突率、几何设计指标、交通安全设施条件作为评价指标构建综合评价体系,并基于熵权法建立交叉口安全性分级模型;以某国道沿线12处无信号控制平面交叉口为研究对象,依据安全风险综合评价值将交叉口分为三类;最后采用专家打分法验证该分级模型的有效性。

信号交叉口动态直右车道相位转变清空车道控制方法研究

动态车道可以很好地解决交通上时空分配不均的问题,以减少交通拥堵,提高交叉口通行效率和时空资源利用率。但在动态车道相位转变时存在有一部分车辆还未驶离车道的情况,会对下一相位行驶的车辆造成延误。本文以动态直右车道车辆延误最小为目标,研究主、预信号同相位启亮时间差对车辆延误的影响,考虑道路状况、车流量、车速、车辆选择等因素,建立动态直右车道与主预交通信号协同优化模型。通过多个算例计算,以验证模型的合理性。最终可根据实时交通需求情况生成动态车道的信号优化方案。借助SUMO对优化方案进行仿真验证,将本文优化方法与定时信号配时方法在相同的假设条件下进行对比,实验结果表明,本文模型能更好地降低交叉口平均延误,实现时空利用率最大化。

交叉口交通信号控制效果的量化评价方法研究

目前对交叉口信号控制效果的评价多以经验判断为主,使得评价结果带有许多主观色彩;为提高评价结果的客观性及可靠性,提出一种交叉口交通信号控制效果的量化评价方法。首先,从传统的交通评价指标中综合选取饱和度、绿灯利用率、队列比以及红灯占有率指标;然后以相位为单位计算上述指标数值,根据饱和度指标判断相位交通拥堵情况,动态设置其他指标权重,并使用加权平均法综合计算各相位的信控量化评价指数;最后,结合饱和度均衡指数,综合计算交叉口的信控量化评价指数。借助SUMO软件建立仿真场景进行评测应用,结果表明所提方法的计算结果能够较好地客观反映实际交通信号控制效果。

智能网联环境下交叉口信号控制研究

在这个处处交相辉映的智能网联世界里,道路交叉口的信号控制问题无疑成为了大家广泛讨论的话题。如今,凭借信息取得和交流的便利,交叉口信号控制策略的实施已经初现锋芒。那就是一种跃然于纸端,基于车辆间的互通信号以及车辆与基本设施的通讯的新方法,这给智能交叉口信号控制指出了一条新的途径。这种策略可以通过车辆的运行信息——速度、位置等等,配合交叉口实时的车流数据,竟然可以打破传统的固定信号控制,实现交叉口信号的动态控制。这一新策畭不仅能有效缩短车辆在交叉口的等待时间以及行驶的总时长,也能提高交叉口的通行能力,更是可以极大提升整个道路网路的效能。无疑,这项新策略的出台会给交通信号控制的理论研究和实验操作带来新的突破和启发,同时对于缓解城市交通堵塞,提升道路运输效率也具有深远的意义和价值。

交叉口同向可变车道动态控制与信号配时优化研究

为提高设置可变车道交叉口的通行效率,提出一种基于进口道同向可变车道动态控制的交叉口信号配时优化方法。首先,根据交叉口车辆到达–离去曲线法,对车流欠饱和及饱和两种状态下可变车道的动态控制阈值进行了研究;然后,以提前启亮时间、有效绿灯时间、信号周期和相位最小绿灯为约束条件,以交叉口车均延误时间最小为目标控制,通过MATLAB编制程序,构建了设置可变车道交叉口的信号配时动态优化模型;最后,通过实例采用VISSIM软件进行仿真验证和效果评价。

一种环形交叉口“左转两步”信号控制的新方法

为避免环形交叉口各车流发生冲突,首先以“左转两步”控制原理及“双环”相位相序为基础,分析了不同相位环道信号灯的运行关系。其次提出了二次左转车辆储存时长概念,并设计了基于左转车流储存时长的环道周期计算方法(取环道不同相位实际左转车流最大储存时长作为环道周期)。在相位衔接上,结合实际左转流量给出了左转车流潜在冲突判断,对进口道左转绿灯启亮时间进行了优化。同时根据二次左转车辆运行特征和左转流量给出了环道绿灯优化时长。最后以车均延误、平均最大排队长度为指标设计了总流量增减试验、左转比例增减试验、不同环形交叉口直径试验,验证不同配时方法的适用性。总流量增减试验表明,总流量约为2200~6500veh/h时,新方法车均延误相较于Yang方法减少12%,相较于Cakici方法减少20%。左转比例增减试验表明,新方法适用于左转车流比例小于35%;Yang方法适用于左转车流比例35%~50%;不同环形交叉口直径试验表明,Cakici方法适用于直径不小于80m的环形交叉口。

基于强化学习的交叉口智能网联车多目标通行控制方法

针对传统控制方法下的智能网联车辆(connected and autonomous vehicle,CAV)在动态交通环境中通行能耗较高且效率较低等问题,研究了基于强化学习的CAV通行控制方法,旨在降低车辆能源消耗,提升车辆通行效率以及行驶舒适度。通过考虑CAV与交叉口信控系统的信息交互和物理环境,收集信号相位和信号配时(SPaT)以及前车速度和位置等信息,构建强化学习框架的状态空间。以电池能量回收的上限作为边界条件,建立CAV的行驶能耗模型,并基于车辆行驶的关键特征指标,如单位时间电能能耗、通行距离以及加速度变化率,设计多目标加权奖励函数。利用层次分析法确定各指标的权重,进而采用深度确定性策略梯度算法对模型进行训练,并通过梯度下降方法对算法参数进行调整和更新。采用SUMO平台开展仿真实验,实验结果表明:在设计的算法控制下的CAV各方面行驶性能最为均衡,相较于DQN算法电能消耗和加速度变化率均值分别降低了9.22%和18.77%;相较于Krauss跟驰模型行程时间缩短了8.39%。本研究提出的CAV通行控制方法在降低车辆能耗、提高行驶效率和舒适性等方面具有较好的可行性和有效性。

信号交叉口跟驰模型及其参数标定研究

为了更好地运用跟驰模型描述车辆在信号交叉口的通行过程,提出一种考虑信号灯变化对车流瞬时冲击的交叉口全速度差和加速度(full velocity difference and acceleration at intersection,FVDA-I)模型,并根据车辆轨迹数据标定了跟驰模型参数。首先,构建位置-时间临界轨迹来判断车辆能否在绿灯时间内通过交叉口,并提出转弯车辆优化速度。然后,使用S-G滤波器对车辆位置进行平滑拟合,结合期望最大化(expectation maximum,EM)算法标定模型参数。最后,运用FVDA-I模型估计车辆在交叉口的通行时间以验证模型的有效性。仿真结果表明:相较于改进全速度差(full velocity difference,FVD)模型,FVDA-I模型具有头车启动舒适缓慢、跟随车辆启动快、车队总通行时间短的特点,通行效率提高了11.3%,车辆的通行时间与实际采样轨迹的估计时间对比误差小于10%。

无信号控制环形交叉口的发展与启示

为了克服国内对无信号控制环形交叉进行盲目改造的误区,从环形交叉口的起源与发展入手,通过对不同形式的无信号控制环形交叉口的优缺点进行对比分析,在总结国外的经验与教训的基础上,指出了不同的无信号控制环形交叉口的适用范围以及我国在无信号控制环形交叉口领域存在的问题,提出了相应的改善措施,在对常规环形交叉口进行改造时应采用入环车辆让行的规则以避免锁死现象的发生,采用进口道偏移的手段以降低入环车辆的速度以提高交叉口的安全性,增加进口道与环道的车道数以提高交叉口的通行能力。

基于交通参与者延误分析的环形交叉口行人过街信号设置条件

为提升环形交叉口运行效率和安全水平,提出兼顾环岛行人和机动车需求的行人过街信号设置条件。首先,在交叉口饱和度等约束条件下,引入机动车让行率,运用交通流理论建立环岛机动车乘客及过街行人延误模型,以交通参与者总延误为指标提出行人过街信号设置条件;然后,基于视频调查数据使用回归分析方法预测人车交互次数,标定模型各项参数,并通过数值仿真分析不同机动车和行人流量对交通参与者总延误增量的影响;最后,选取哈尔滨市迎宾路-腾达大街环形交叉口作为案例进行模型验证与仿真比较。结果表明:行人流量不变时,机动车流量越大,设置行人过街信号后总延误增量越小;在机动车让行率较高的环岛,行人过街信号的设置对机动车和行人流量的要求较低;与实测数据相比,在符合条件的环岛设置行人过街信号后行人和机动车通过量增加,并且交通参与者总延误降低了23.3%。

信号控制交叉口直行待行区对通行能力的影响研究

有关道路交叉口直行待行区对通行能力影响的研究不够完善和全面,在实际应用中存在诸多问题。分析直行待行区设置的目的和条件,基于直行待行区停止线前移的特性,考虑启动波对启动损失时间的影响,完善了损失时间和清空时间的计算方式。在停车线法计算通行能力的基础上进行修正,构建了直行待行区交叉口进口道的通行能力模型,量化直行待行区对通行效率的影响。基于实例交叉口视频识别数据,通过轨迹平滑化和缺失轨迹补齐方法获得完整车辆轨迹,并获取交通参数的实际数值,保证了模型结果的实际意义。最后运用仿真软件对通行能力模型结果进行验证,与类似模型进行对比。结果表明:构建的通行能力模型模拟真实情况的准确性较高;由于直行待行区对通行过短对通行能力的优化效果较弱,建议在条件允许的情况下尽量将直行待行区设置到最大长度。