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高速公路交通流建模及其智能控制系统研究
其他题名RESEARCH ON FREEWAY TRAFFIC STREAM MODELING AND ITS INTELLIGENT CONTROL SYSTEM
陈德望
学位类型工学博士
导师王飞跃
2003-05-15
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词高速公路 交通流建模 入口匝道控制 多匝道协调控制系统 交通控制仿真平台 Freeway Traffic Stream Modeling Ramp Control Coordinated Ramp Control System Simulation PlatForm For Traffic Control
摘要本文的研究是在“中国科学院百人计划”和“国家杰出青年基金”项目资 助下开展的。高速公路交通流建模及智能控制系统是智能交通领域的一个重要 研究方向,具有重要的理论意义和实用价值。 论文首先回顾了高速公路交通控制的发展概况。在详细分析了各种广泛应 用的入口匝道控制算法之后,提出了本文的研究方向和主要研究内容,随后各 章深入研究了交通流建模、入口匝道控制、多匝道协调控制和交通控制仿真平 台等问题。 在交通流建模方面,本文采用了只取决于交通流数据集的主曲线建模法, 与理论法和经验法相比,提供了一种统一的建模方法。从曲线形状、计算结果 和入口匝道控制效果来看,都取得了比经典模型更好的效果。 在单匝道控制方面,本文采用了一种输出隶属度离散化的模糊神经网络实 现了入口匝道的智能控制算法。仿真结果表明,在维持设定的主线交通流密度、 抑制入口匝道排队长度和入口匝道调节率波动等方面,该算法比不加控制和经 典反馈算法取得了更好效果。 就出口匝道排队阻塞高速公路现象,本文提出了在出口匝道相连交叉口实 施考虑出口匝道需求的感应控制和基于交通流预测的信号控制算法。TS工S软件 仿真的结果表明,该方法有效避免了出口匝道排队现象。尽管普通道路的利益 略有损失,但有效提高了高速公路乃至整个交通网络的运行效率。 在多匝道协调控制方面,本文提出了基于multi agent和分层递阶结构的 多匝道协调控制系统,并给出了执行级、协调级和组织级agent的结构和算法。 该系统易于实现、扩展性好。仿真结果表明,采用入口匝道控制比不加控制能 有效提高高速公路的使用效率。多匝道协调控制在系统整体性能指标上要优于 单匝道控制,能更好平衡各匝道的旅行时间,有效避免入口匝道回溢现象。 关于交通控制仿真平台,本文提出了采用TSIS、VC和Matlab的综合集成 技术实现,并成功仿真实现了多匝道协调控制算法。该仿真平台充分利用了这 三种软件的优点,功能强大,能方便快捷地实现先进的交通控制算法的实验, 可方便用于在交通控制实施前检验交通控制算法。
其他摘要The work of the dissertation is supported in part by two national projects:"fund for one hundred young scientists of CAS" and the "fund for national distinguished young scientists".Freeway traffic stream modeling and intelligent control system are important directions in ITS domain,not only in theory but also in practice. Firstly, the general research development in the field of freeway traffic control is reviewed.After analyzing the different kinds of on-ramp control algorithms,the research direction and main content of the paper are put forward.The freeway traffic stream modeling,on-ramp control,excess off-ramp queue,coordinated ramp control and traffic control simulation platform are studied thoroughly. In ramp control,a new type of neuro-fuzzy network with the discrete output membership function is used to realize the intelligent on-ramp control algorithm.The simulation results show that this algorithm has better effect than the no-control and ALINEA algorithm in maintaining the set density and holding on the ramp queue. As to the excess off-ramp queue,the improved signal control algorithms considering off-ramp queue or traffic flow forecasting are used,which avoid the excess off-ramp queue effectively and increase the operational efficiency of highway and the whole traffic network on in the cost of little loss of the adjoin surface road. As to the coordinated on-ramp control system,a coordinated ramp control system based on multi-agent and hierarchical intelligent control structure is put forward.The structure and algorithm of execution agent,coordination agent and organization agent have been proposed.The simulation results show that the ramp control is better than no-control case and coordinated ramp control is better than the isolated ramp control,especially in balancing the travel time in all ramps and avoiding on-ramp spill-back. In the end,simulation platform for traffic control using the interface technology among TSIS,VC and Matlab are presented and used to simulate the coordinated ramp control system.This simulation platform is a powerful simulation platform utilizing the advantages of three kinds of software fully and can be used to test traffic control algorithm effectively before implementation.
馆藏号XWLW731
其他标识符731
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5765
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
陈德望. 高速公路交通流建模及其智能控制系统研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2003.
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