智慧城市道路交叉口的信號控制（簡體書）

本書主要介紹了智慧城市下道路單交叉口和交叉口群的信號控制方法。第一章作為緒論簡單介紹了智慧城市及交叉口群信號控制的概況；第二-四章研究了單交叉口信號的智能控制方法；第五～七章針對幹道研究了各種路況下的信號優化及自適應控制方法；第八一-十四章討論了基於各種性能指標需求的幹道及交叉口群區域劃分問題、信號優化問題、協調控制問題；其中第十二章介紹了突發事件下基於非線性綜合指標評價的交叉口信號分類控制方法。

陳復揚

江蘇揚州人，工學博士，教授，博士生導師。現為南京航空航天大學自動化學院黨委委員、自動控制系教工黨支部書記，長期從事自適應控制、故障診斷與容錯控制、自修復控制、自癒合控制、飛行控制、物聯網與控制技術、量子信息與控制理論、高鐵信息控制系統的故障診斷、道路交通管理控制等方面的科學研究。現為中國兵工學會自動控制專業委員會委員、江蘇省暨南京市航空航天學會自動控制專業委員會委員。近年來主持國家自然科學基金面上項目2項、航空科學基金1項；獲中國航空學會科學技術獎1項、出版專著3部、以第1作者發表學術論文60餘篇( SCI收錄30篇) 、申請發明專利20項。長期從事《自動控制原理》《自適應控制》《自適應控制與歌唱藝術》課程教學，主持校級教改項目6項、獲江蘇省教學成果二等獎1項、主編出版教材6部、發表教改論文10篇。

前言
智慧城市是以物聯網為基礎，通過物聯化、互聯化、智能化方式，讓城市中各個功能彼此協調運作，以智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民為主要特徵的城市發展新模式。
隨著經濟發展與城市規模的擴張，交通需求快速增長，城區路網在突發事件下，道路交叉口排隊常超過檢測器佈設位置，致使常規自適應信號控制設備生成的配時方案無法準確地對交通流進行調控。城市道路交叉口群是路網中交通關聯性強的道路交叉口的集合，對路網交通運行狀態影響顯著，在路網未全面癱瘓時，準確地檢測交通狀態，結合道路交叉口群的關鍵路徑，優化交通信號控制策略及算法，修復突發事件下負面效應，對提昇路網通行能力具有重要意義。
當城市道路交叉口發生突發事件時，道路交叉口處常發生溢流、滯留排隊等現象，從而致使檢測器所收集的交通數據存在較大誤差，交通狀態識別亦存在誤差，此時，以均衡交通流運行狀態為優化目標的傳統交通信號配時方案不僅無法緩解交通擁堵，且交通擁堵會從突發事件產生的道路交叉口向周邊蔓延，進而使擁堵蔓延更加迅速。優化突發事件下道路交叉口群的交通控制方案需深入分析引發突發事件的影響因素，而現有的交通信號控制優化軟件不能針對突發事件下的關鍵影響因素（如道路交叉口群的關鍵路徑、突發事件下交通流變化特徵等）優化交通信號控制方案，此時應考慮採用新的控制策略來管理控制道路交叉口群的交通信號控制。
在此背景下，本書以城市路網中單交叉口、幹道、道路交叉口群等交通控制系統為研究對象，以防止溢流等交通負面效應和充分利用路網的存儲能力為目標，確定道路交叉口在的各種控制策略，使城市道路交叉口群交通控制系統具有對突發事件的自癒合能力。本書所提方法可緩解現階段城市道路交叉口交通控制效果不佳的情況，並為研究適用於突發事件下的交通控制系統提供理論依據，在理論和實踐方面都具有較為重要的意義。
本書由陳復揚教授與安徽工業大學姜太平副教授共同完成，前言、第1～6章由陳復揚編寫；第7～14章由姜太平編寫；陳復揚、姜太平共同負責內容設計、編寫工作的組織和安排，以及全書的統稿和排版。研究生薑峰、王礫、徐後椽、郭健、馬琳、貢景秀、李子恆、牛娟等也為本書的出版貢獻了他們的聰明才智，在此一併表示誠摯的謝意。
由於水平和經驗有限，書中難免存在錯誤和不足之處，懇請廣大讀者不吝指正。
編者
中國南京

目錄
第1章緒論
1．1智慧城市下道路交叉口群的研究背景
1．2國內外研究現狀
1．3最新研究成果
第2章基於模糊控制的單交叉口信號配時控制
2．1引言
2 ．2單交叉口的模糊控制
2．2．1模糊控制理論概述
2．2．2單交叉口的兩級模糊控制
2．3基於兩級模糊控制的單交叉口信號控制
2．3．1模糊控制器設計
2．3．2模糊控制器研究
2．4具有公交優先的單交叉口信號模糊控制
2．4．1模糊控制器設計
2．4．2模糊控制器仿真
第3章基於蟻群算法的單點公交優先信號控制
3．1信號配時參數優化算法
3．1．1 Webster算法
3．1．2蟻群算法
3．2基於蟻群算法的單交叉口公交優先信號配時優化
3． 2．1基本參數選取
3．2．2公交優先信號配時多目標優化模型的建立
3．2．3公交優先信號配時多目標優化模型的仿真
第4章同時考慮行人效益和車輛效益的單點信號控制
4．1行人交通
4．1．1行人交 通設施
4．1．2行人過街心理特徵及影響因素
4．2同時考慮行人效益和車輛效益的多目標優化模型
4．2．1多目標的參數選取
4．2．2信號配時多目標優化模型的建立
4．2．3信號配時多目標優化模型的求解
4．3同時考慮行人效益和車輛效益的多目標優化模型仿真
第5章基於效率指標的干道交叉口信號尋優
5．1引言
5．2改進的干道信號優化的效率指標
5．2．1幹道交叉口的延誤模型的建立
5．2．2幹道交叉口綜合效率指標的獲取
5． 3基於爬山法的交叉口信號尋優
5．3．1爬山法尋優
5．3．2信號尋優仿真
第6章基於Petri網的干道交叉口信號自適應控制
6．1引言
6．2幹道交叉口Petri網建模
6．2．1帶有token變遷和監督弧的Petri網
6．2．2幹道交叉口Petri網模型
6．3基於Petri網的模型參考自適應控制
6．3．1控制器設計
6．3．2仿真分析
第7章路網中限制溢流的信號自適應控制
7．1引言
7．2基於面向對象Petri網的區域交叉口建模
7．3防止溢流的區域交叉口自適應控制
7．3．1控制設計
7．3．2仿真分析
第8章基 滯留排隊的過飽和狀態評估方法設計
8．1引言
8．2過飽和狀態下的交通現象
8．2．1延誤時間增多
8．2．2滯留排隊的形成
8．2．3綠燈時間利用率的提升
8．3基於滯留排隊的過飽和狀態評估
8．3．1滯留排隊模型的構建
8．3．2結合嚴重性指標的過飽和程度評估
8．4基於滯留排隊的過飽和狀態評估方法仿真
第9章基於多目標優化的單交叉口信號控制
9．1引言
9．2過飽和狀態下單交叉口的多目標控制模型
9．2．1單交叉口物理模型
9．2．2效率評價指標函數
9．2．3綜合多目標控制模型
9．3多目標控制模型優化求解
9．3．1遺傳算法
9．3．2遺傳算法的改進
9．4基於多目標優化的單交叉口信號控制仿真
9．4．1仿真確定MGA中選擇操作的參數值
9．4．2 MGA和GA尋優能力的對比仿真
9．4．3三種信號控制策略下過飽和單交叉口的信號配時效果對比
第10章基於自適應調參法的雙向幹道信號控制
10．1引言
10．2過飽和狀態的雙向幹道協調控制模型
10．2．1城市干道物理模型
10． 2．2建模基本過程
10．2．3控 目標方程
10．3基於自適應調參法的信號控制
10．3．1自適應調參法的設計
10．3．2參數約束
10．3．3相位相序優化
10．4基於自適應調參法的雙向幹道信號控制仿真
10．4．1三種不同幹道協調控制模型下的效率評價指標對比
10．4．2仿真驗證所提結合自適應調參的控制方法的有效性
第11章考慮區域劃分的交叉口群信號控制
11．1引言
11．2過飽和狀態下交叉口群的子區劃分
11．2．1城市交叉口群物理模型
11．2．2改進路徑關聯度模型
11．2．3基於聚類分析的交叉口群子區劃分過程
11．3基於NSGA-Ⅱ算法的交叉口群信號控制
11．3．1 NSGA-Ⅱ算法
11．3．2 NSGA-Ⅱ的設計過程
11．4考慮區域劃分的交叉口群信號控制仿真
11．4．1三種子區劃分結果下的交叉口群控制效果對比
11．4．2基於固定配時和NSGA-Ⅱ信號控制方法下的交叉口群的配時效果對比
第12章基於非線性綜合評價指標的交叉口信號分類控制
12．1引言
12．2交叉口的單指標評價
12．2．1突發事件下的交叉口
12．2．2交叉口的交通評價指標
12． 3交叉口的多指標評價
12．3．1多指標線性綜 合法
12．3．2多指標非線性綜合法
12．3．3多指標線性綜合與非線性綜合對比
12．4基於非線性綜合指標評價的交叉口分類控制
12．4．1交叉口的可控性分析
12．4．2可控交叉口的控制目標
12．4．3粒子群算法求解目標函數
12．5基於非線性綜合指標評價的交叉口分類控制仿真
12．5．1單指標與多指標對比
12．5．2兩種多指標綜合方法對比
12 ．5．3可控交叉口的信號優化
第13章基於交通需求和關聯度計算的交叉口群劃分
13．1引言
13．2交叉口交通需求計算
13．2．1排隊最遠點模型
13． 2．2改進的排隊最遠點模型
13．2．3交通需求的量化
13．3相鄰交叉口關聯度計算
13．4關聯交叉口群的劃分
13．4．1相關參數計算
13．4． 2基於層次聚類的關聯交叉口群劃分
13．5基於交通需求和關聯度計算的交叉口群劃分仿真
13．5．1驗證排隊最遠點模型
13．5．2算例說明交叉口群聚類劃分和關鍵協調路徑確定
13．5．3關鍵路徑協調
第14章基於延誤最小和飽和度均衡的折線型路徑協調控制
14．1引言
14．2基於延誤最小的關鍵路徑相位差優化
14．2 ．1折線型關鍵協調路徑的延誤模型
1 4．2．2非關鍵路徑的協調控制
14．3基於飽和度均衡的關鍵路徑綠信比優化
14．3．1基於飽和度均衡的交叉口信號優化模型
14．3．2 fmincon函數求解模型
14．4基於延誤最小和飽和度均衡的折線型路徑協調控制仿真
14．4．1基於延誤最小的多交叉口相位差優化
14．4．2基於飽和度均衡的多交叉口綠信比優化