[01785171]基于在线仿真的城市大范围路网主动式交通信号控制优化技术

一、课题来源和背景 自上个世纪90年代开始,我国道路交通管理水平取得了巨大的进步。然而随着我国城市化进程的不断推进和机动车保有量的快速持续增长,城市交通系统的供需矛盾日渐激化,由此引发的城市交通拥堵、环境污染、交通安全隐患等问题已逐渐成为诸多城市的通病。面对当前日益严峻的城市交通形势的巨大挑战,如何基于先进和合理的交通管理与控制手段来缓解我国日益严重的交通拥堵问题已成为当前交通学界所关注的一项热点研究课题。 二、技术原理及性能指标 1、交通需求估计技术和性能指标 对于交通需求估计及预测技术研究是以城市道路路段及交叉口实际检测的交通流数据为基础,研究面向实时交通运行管理及控制层面的城市道路交通需求实时估计及短时预测方法,解决交通需求实时估计及短时预测的准确性、实时性和可靠性不高等难题。主要技术指标为：交通需求估计准确性≥90%;估计时间延时≤1分钟;估计及预报周期≤15分钟。 2、干线及区域交通信号协同优化口控制技术和性能指标 对于干线及区域信号协同优化技术研究是以实时估计及短时预测的城市道路交通需求数据为基础,研究构建基于动态交通信号控制子区划分、动态相位差估计及预测的城市道路干线交通信号配时参数协同优化方法,精细化实现城市道路干线系统单向或双向“绿波”和“红波”协同优化控制;主要技术指标为：干线及区域信号配时参数协同优化及优化方案生成延时时间≤1分钟,生成率≥95%。 3、交通信号优化控制评测技术和性能指标 通过研究并利用当前可行的针对城市大规模路网的交通信号优化控制在线仿真评测技术和系统进行测评,主要技术指标为：支持不少于50个交叉路口的干线或区域信号优化控制方案的效益评测;优化方案评测生成延时时间≤1分钟;优化方案的评测成功率≥95%;可对接2种以上实际信号控制系统。 三、技术的创造性与先进性 1、基于采集的实时道路断面交通流数据,研究针对城市大规模路网的动态OD在线估计技术,能够为城市路网微观在线仿真提供准确的OD输入,进而确保在交通流数据检测不完备、路网检测流量不平衡等交通情形下基于仿真技术获取交通需求数据的准确性。这为主动式交通信号协同控制配时参数的实时优化奠定了准确、可靠的数据基础。 2、以干线路段交通需求分布特征和空间行驶车速（或行程时间）的不确定特性为依据,创新性构建基于不等带宽和车流运行速度不确定性的干线交通信号协同控制配时参数实时优化方法,从机理上解决了传统方法因均一带宽和均值车速（或行程时间）假设导致干线信号协同控制效果不佳的问题,该方法是对干线信号协同控制理论及技术领域的一次突破。 3、基于区域路网拓扑关系和预测交通需求,以关键交叉口临界交通需求为其交通信号配时参数优化依据,在此基础上考虑相邻交叉口间交通需求的空间关联特性,实现关键交叉口上游交叉口（群）交通信号配时参数的实时迭代优化,最终构建城市道路区域交通信号协同控制配时参数实时优化方法,在对城市路网交通需求主动控制的同时,保障了区域道路网络交通系统的高效运行,通过交通信号配时参数的协同优化,主动调节路网交通需求,在相关技术领域尚属首创。 4、基于在线仿真的城市大范围路网主动式交通信号优化控制框架体系。以城市道路交通信号优化控制为核心,以交通需求估计、干线信号优化控制、路网区域信号优化控制到信号优化控制在线仿真评测等关键技术环节为重点研究内容,以交通仿真系统为载体,从前至后,构建起一个完整闭环的城市道路交通信号优化控制框架体系,基于评测效果,对信号控制方案进一步调优。因此,基于在线仿真的针对城市大范围路网的主动式交通信号优化控制框架体系的设计也是本项目的一项创新尝试。 四、技术的成熟程度,适用范围和安全性 近些年来,主动交通管理理念和方法受到了交通学术界的广泛青睐和重视,其更能发挥道路交通系统的潜在通行能力,强化和提高信号控制系统的安全性和可靠性。本课题所涉及的信号优化控制技术正是建立在主动交通管理理念和方法之上,创新应用适合城市大规模路网的主动式交通信号优化控制技术,从而形成了信号控制技术领域的新方法。该课题研究成果的应用建立了符合我国国情且适合以兰州市为代表的我国二、三线城市交通运营管理特点的信号控制技术,同时,构建了符合城市道路特点的信号控制策略和体系。 五、应用情况 2017年10月-2018年10月,根据公安部2016年技术研究项目合同要求的内容,对兰州市交通主干道进行了基于在线仿真的城市大范围路网主动式交通信号控制优化技术的实验和运用,取得了良好的协调控制效果、达到了方案预期目标、收到了良好的社会反应。下一步,本课题研究成果的推广应用,将有效影响以兰州市为代表的我国二、三线其他城市道路交通管理策略和思路,全面提高我国二、三线城市交通信号控制领域的技术应用水平。