信号交叉口间路段上的车辆排队模型研究

论文摘要

经济的快速发展和城市规模的不断扩张使得人们的出行需求迅速上升,伴随而来的是机动车保有量的过快增长。然而由于交通规划与管理不到位、突发事件应对策略不合理等多方面原因,致使交通需求大于供给,进而导致了城市道路上交通拥堵现象经常发生,这严重影响了城市的运行效率。交通拥堵已成为各大城市亟待解决的重大问题之一。作为解决交通拥堵问题的一个课题,解释城市道路上车辆排队的形成机理显得尤为重要。本学位论文依托国家自然科学基金项目“城市交通中路段阻塞的链式反应机理研究（50808035）”和大连理工大学交叉学科建设专项项目“城市交通拥堵问题中的数学建模及数值求解方法研究”而完成。主要研究了协调信号交叉口间路段上车辆的实时排队演化过程,并计算了各周期的消散排队长度和二次排队长度。在本研究中,首先通过阅读文献,总结目前各类排队描述模型的特点,并分析其优缺点和适用范围。然后以前车对其跟驰车的信号传递过程为切入点,建立了基于信号传递的启动-停车波模型。接着设计了调查方案,使用实际交通调查数据验证了该模型。通过对数据的分析发现,以往基于冲击波理论建立的车辆排队模型多用于研究公路上的排队现象,移植到城市道路上时假设了上游路段长度不受限制且上游车流持续到达,这与事实不符。故本文以上、下游间路段长度和上、下游交叉口配时作为约束,用基于信号传递的启动-停车波模型分析了上、下游交叉口同步协调和异步协调控制下,其间路段上的车辆排队演化过程。然后以此为基础建立了协调信号交叉口间路段上的车辆排队模型,并运用VISSIM交通仿真软件设计模拟方案验证了该模型,结果表明模型具有较高的精确度。本文的主要工作是提出一种新的启动-停车波模型,应用其描述了城市道路上的排队现象,并建立了协调信号交叉口间路段上的车辆排队模型。本研究提升了冲击波模型在城市道路上的实用性,为描述路段长度受限条件下车辆排队的演化规律提供了新的思路和方法,丰富和完善了交通流理论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 依托项目
• 1.1.2 问题提出
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 概率方法
• 1.3.2 排队论
• 1.3.3 累积曲线法
• 1.3.4 冲击波法
• 1.3.5 其他方法
• 1.3.6 研究方法总结
• 1.4 研究内容
• 2 车辆排队模型与方法
• 2.1 排队方法
• 2.2 马尔科夫链
• 2.3 累计曲线
• 2.4 冲击波理论
• 2.5 神经网络算法
• 2.6 小结
• 3 启动-停车波模型研究
• 3.1 基于信号传递的启动-停车波模型
• 3.1.1 基于信号传递的停车波模型
• 3.1.2 基于信号传递的启动波模型
• 3.1.3 模型验证
• 3.1.4 模型验证结果
• 3.2 启动-停车波模型的一致性研究
• 3.2.1 传统启动-停车波模型
• 3.2.2 运动学启动-停车波模型
• 3.2.3 启动-停车波模型的一致性分析
• 3.3 交通调查数据的分析
• 3.4 小结
• 4 信号交叉口间路段上的车辆排队模型
• 4.1 同步协调和异步协调交叉口间路段上的排队过程分析
• 4.1.1 同步协调信号交叉口间路段上的车辆集结与消散
• 4.1.2 异步协调信号交叉口间路段上的车辆集结与消散
• 4.2 协调信号交叉口间路段上的车辆排队模型
• 4.2.1 路段状况说明
• 4.2.2 初始周期排队分析
• 4.2.3 后续周期排队分析
• 4.3 模型验证
• 4.3.1 验证方案设计
• 4.3.2 数据处理
• 4.3.3 模型验证结果
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢