高速公路瓶颈区域可变限速控制研究

发布时间：2020-04-28 09:03

【摘要】：近年来,高速公路网络正处于不断提升与优化阶段,但仍不能满足快速增长的高速公路出行需求。在高速公路瓶颈区,诸如主线——匝道连接处、交通事件(事故、施工区)常发处等,拥堵问题日益严重且趋于常态化,极大地增加了出行者的出行成本和出行时间。可变限速控制被视为缓解高速公路瓶颈路段交通拥堵、提高通行效率和改善交通安全等问题的有效方法之一。首先,论文对高速公路瓶颈区域的类型及判别方法进行分析,结合实测数据,分析高速公路瓶颈区域交通流特性以及可变限速控制对瓶颈区域交通流的影响。其次,选择元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)作为论文可变限速控制的基础交通流模型,结合高速公路瓶颈区域的交通流特性、可变限速对于交通流的影响分析,对CTM模型进行改进,使之可以模拟通行能力下降现象及可变限速控制条件下的交通流状态,并对模型进行参数标定与验证。接着,确定以闭环控制系统来描述高速公路实时交通流信息与不同可变限速控制策略之间的关系,将限速值变化幅度、限速值变化周期和相邻可变限速板速度差值的取值组合作为不同的可变限速控制策略,以通行效率作为可变限速系统的目标,为避免单个指标的片面性,使用总行程时间与总周转量综合指标作为可变限速系统的优化目标函数,为保证限速策略的前摄性,采用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法设计闭环控制系统内控制器的限速值规则,建立控制目标—控制策略的关系模型,从而得到最优可变限速策略。最后,以西汉高速为实例,根据实际数据对改进后的CTM模型进行标定,确定多个可变限速控制策略,并对不同的控制策略进仿真分析,结果表明:控制目标函数选择总行程时间与总周转量综合指标,可以提高最优策略选择时的可靠性。
【图文】：

图 2.6 上下游车速变化示意图公路瓶颈区域交通流特点生时，高速公路瓶颈区交通流基本参数（流量、速度、密度）会发生速公路瓶颈区域的交通流特点对于掌握瓶颈区交通流状态十分关键。据，分析高速公路瓶颈区域流量、速度、密度的时空变化。源于加拿大 Whitemud Drive 高速公路某段瓶颈区（数据由 OpenITS示，瓶颈区上游为 4 车道，瓶颈区为 3 车道，，中间有单车道出口匝道颈区各有一组检测器，对检测器检测到的交通流数据进行分析可以得游的交通流三参数的变化。瓶颈区上游行车方向瓶颈区

图 2.8 瓶颈区及瓶颈上游流量变化图绘制驶入和驶出瓶颈区的累计车流量差值随时间的变化图，可以更明显地密度变化情况，如图 2.9 所示。瓶颈区上游的流入量持续大于瓶颈区的消瓶颈区内车辆越积越多，密度逐渐升高，产生交通拥堵。车流量差值在 16：17 左右开始上升，瓶颈区域车辆数不断提高，到 16：高值，此时瓶颈区域车流量逐渐饱和，密度达到峰值，此时瓶颈区域的拥传播， 16：46 后瓶颈区域开始消散，到 16：50 恢复到最初行驶状态。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 马明辉;杨庆芳;梁士栋;;高速公路主线可变限速控制方法[J];哈尔滨工业大学学报;2015年09期

2 杨庆芳;马明辉;梁士栋;李志林;;高速公路瓶颈区域可变限速阶梯控制方法[J];西南交通大学学报;2015年02期

3 张乐飞;;高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究[J];北京交通大学学报;2012年05期

4 张鹏;吴冬艳;黄仕进;陶亦舟;;交通流瓶颈效应的运动学描述[J];应用数学和力学;2009年04期

5 郝媛;孙立军;徐天东;杜豫川;;城市快速路交通拥挤分析及拥挤阈值的确定[J];同济大学学报(自然科学版);2008年05期

6 姜锐;吴清松;;交通流复杂动态特性的微观和宏观模式研究(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2006年06期

7 干宏程,孙立军;高速公路可变限速控制技术研究[J];交通科技;2004年06期

相关博士学位论文 前1条

1 李志斌;快速道路可变限速控制技术[D];东南大学;2014年

相关硕士学位论文 前3条

1 李敢;基于MPC的快速路协同控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 蒋咏寒;基于可变限速和匝道控制的快速道路交织区瓶颈改善策略[D];东南大学;2016年

3 贺寒辉;基于仿真技术的交通瓶颈研究[D];湖南大学;2006年

本文编号：2643293