基本信息
- 项目名称：
- 基于GPS的城市干道公交优先信号控制算法改进研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 基于GPS获得的公交车实时数据将单交叉口公交优先控制原则应用于城市主干道的协调理论并以石家庄裕华路与育才街交叉口为实例研究，建立了双目标信号配时优化模型。该模型以平均延误时间最短，停车次数最少为目标，以绿信比、相位差为约束条件，对定时信号配时参数进行优化，采用Matlab进行求解，并用Vissim进行模拟仿真，得到优化结果，通过绿灯延长和红灯早断两种公交优先信号的控制策略使公交车优先通过。
- 详细介绍：
- 近年来，针对公交优先信号控制技术，国内外诸多学者做了很多研究工作，提出了不同优化目标的被动公交优先控制算法和主动公交优先控制算法，但大多是针对单交叉口。随着科学技术的进步，现在使用的GPS车辆定位系统已经能够记录车辆在交叉口间采集点的位置信息和速度信息，如果采集周期时间满足要求（≤1s），则可认为实时得到车辆的行驶轨迹。为了实现城市干道公交优先信号控制，基于GPS获得的公交车实时数据将单交叉口公交优先控制原则应用于城市主干道的协调理论并以石家庄裕华路与育才街交叉口为实例进行研究，建立了双目标信号配时优化模型。该模型以平均延误时间最短，停车次数最少为目标，以绿信比、相位差为约束条件，对定时信号配时参数进行优化，采用Matlab进行求解，并用Vissim进行模拟仿真，得到优化结果，通过绿灯延长和红灯早断两种公交优先信号的控制策略使公交车优先通过。结果表明在相位差设置为95s,交叉口A绿灯延长5s，红灯早断3s，交叉口B绿灯延长6s，红灯早断4s时，平均延误时间和停车次数达到最优，分别为30.7s，停车次数为2.78次，相比未实行公交优先信号策略，人均延误减少15.4%。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本文基于GPS获得的每辆公交车实时数据将单交叉口公交优先控制原则应用于城市主干道的协调理论研究，以人均延误和停车次数为评价指标，采用双目标优化方法对干道相位差和绿信比进行优化
科学性、先进性及独特之处
- 本研究针对中国城市交通的特殊情况，以GPS技术、计算机技术等新技术的推广和应用为契机，研究新新形势下的改进理论与方法，以平均延误时间和停车次数为目标，以绿信比、相位差为约束条件，对定时信号配时参数进行优化，实现主干道公交优先控制，对进一步促进提高城市交通结构的优化，提高交通系统运行效率具有较强的理论意义和实际价值。
应用价值和现实意义
- 本文的最大着眼点在于社会效益。研究结果可推广到全国各大城市，根据国家公安部的要求，截止2008年100万以上人口的城市全部实现对主要干道的“线控”以及主要区域的“面控”，可见全国各地对先进的交通控制方法有着巨大的需求。以每年应用该研究成果有10个城市，每个城市应用于1条具有10个交叉口的城市干道进行估算，每年可节约人们出行时间约16000万小时，每小时按社会价值5元计算，可产生经济效益8.5亿元。
学术论文摘要
- 为了实现城市干道公交优先信号控制，基于GPS实时数据采取信号优先控制策略，建立了双目标信号配时优化模型。该模型以平均延误时间最短，停车次数最少为目标，以绿信比、相位差为约束条件，对定时信号配时参数进行优化，并利用matlab计算软件和vissim仿真平台进行求解和模拟。结果表明在相位差设置为95s,交叉口A绿灯延长5s，红灯早断3s，交叉口B绿灯延长6s，红灯早断4s时，平均延误时间和停车次数达到最优，分别为30.7s，停车次数为2.78次，相比未实行公交优先信号策略，人均延误减少15.4%。
获奖情况
- 该作品获得石家庄铁道大学第四届交通科技大赛二等奖。
鉴定结果
- 属实
参考文献
- 【1】查伟雄，王世彬.城市交通混合流非饱和状态下阻抗函数研究 .公路交通科技，2010,27（9）：100-104. 【2】王正武，夏利民，罗大庸.单交叉口自适应公交优先控制 .中国公路学报，2010, 23（4）：84-90. 【3】杨远舟，毛保华，张建鹏等.基于元胞自动机模型的快速公交优先信号仿真研究 .中国公路学报，2010,23(5):90-95. 【4】吕斌，牛惠民.随机条件下单点交叉口绿灯时间计算方法研究 .公路交通科技，2010,27(2):108-113. 【5】张萌萌，贾磊，邹难，周丽.单点交叉口鲁棒优化信号配时研究 .公路交通科技，2011,28(1):107-111. 【6】胡毓达.实用多目标最优化 .上海：上海科学技术出版社，1990:41-42,56-57 【7】刘红红，王鑫钥，杨兆升等.城市公共交通优先的信号控制策略 .公路交通科技，2004，21(5):121-124. 【8】 曹成海，裴玉龙.城市交叉口公交优先信号协调模式探讨 .农业装备与车辆工程，2006,10:22-28. 【9】冯岩，裴玉龙，曹成海等.混合交通条件下单点公交优先信号配时研究 .哈尔滨工业大学学报，2007,39(2):296-298. 【10】全永燊.城市交通控制 .北京，人民交通出版社，1987 【11】李凤.公交优先信号协调控制理论与方法研究，2009.6
同类课题研究水平概述
- 近年来，针对公交优先信号控制技术，国内外诸多学者做了很多研究工作。现有公交优先信号控制方法主要有三种：(1)主动优先：采用提前启亮、绿灯延长或增添相位等方法调整原有信号配时参数实现公交优先；(2)被动优先：建立公交优先的控制目标优化模型，优化信号配时参数实现公交优先；(3)自适应优先：动态调整信号参数，使公交车优先的同时尽量优化整个系统的性能指标。国外公交优先信号控制研究主要以公交准点为控制核心，建立基于人均延误的信号配时优化模型或者提出单辆公交车辆优先下的绿灯时间调整算法。国内学者在国外基础上，重点研究了单点公交优先信号配时优化方法、信号配时方案的实调整方法。公交优先信号协调控制研究中，进行了初步探讨。刘红红等人跟进公交优先信号控制策略，建立最小绿灯持续时间估计模型，以上下游交叉口绿灯时间的匹配状态为依据，确定绿灯时间和控制决策[7]。裴玉龙等人以交叉口人均延误最小为目标，设计了单点被动公交优先信号配时优化方法；根据公交车运行特性，在单点配时模型基础上建立了定时式相邻两交叉口的公交优先信号协调控制模型[8,9]。李凤重点研究了公交优先信号协调控制理论和方法，通过主动式公交信号控制和被动式公交信号控制方式，在社会车流通畅运行条件下，使公交车优先通过交叉口。
