冰雪条件下的快速路可变限速控制方法研究

发布时间：2020-06-20 14:08

【摘要】：快速路系统是城市交通的重要组成部分,它通过改善道路条件和交通环境使车流以连续流的形式快速通过,为城市内部的交通提供了快速、高效的运行环境,在一个城市的交通运输系统中往往起着大动脉的作用。但是,由于快速相对封闭的结构设计特点以及其对城市内部中远距离运输车辆的大力吸引作用,在发生降雪天气时如若不对其及时地加以管控,在快速路的瓶颈路段往往形成一个严重的拥堵区域并迅速向上游蔓延,最终导致长距离、大面积、长时间的快速路阻塞现象。作为一种相对较新的快速路主线控制技术,可变限速控制技术在近年来吸引了广大学者的关注,并在实际应用方面取得了一系列进展。但是,由于不同地区快速路设计条件及交通运行特性的差异,加之恶劣多变的天气条件对快速路运行的影响,一个地区的限速策略应用于另外地区时往往并不能起到预期的效果。本文参考国内外学者在该领域的研究成果及应用经验,针对我国北方的城市快速路特点,从研究冰雪天气对快速路交通的影响入手,首先调查并比较分析了冰雪天气下快速路交通流各参数的变化规律与正常天气下的异同,掌握了冰雪天气下快速路交通流的演变规律;其次根据第一步的调查结果对冰雪天气下快速路的交通流演变规律及关键交通流现象进行建模,并根据需求对传统的元胞传输模型进行了改进;然后提出了一种基于Q学习算法的快速路可变限速控制策略,该策略可应用于冰雪天气下得快速路控制,旨在保证快速路运行安全的基础上提高其通行能力;最后,针对我国某北方城市的某一快速路瓶颈区域详细说明了包括限速路段的选取、限速标志的设置及限速值的计算等限速策略的具体实施过程,并结合前期的准备工作,应用改进后的元胞传输模型以MATLAB为平台搭建了实验路段的仿真系统,并在仿真系统中分别对无控制、模型控制和基于Q学习算法的可变限速控制三种方法进行了仿真实现。结果表明,在相同的输入下本文提出的可变限速控制策略减少快速路的拥堵时间的幅度为93.2%,在拥堵期间提高快速路通行效率的幅度为16.7%,优于无控制、模型控制时的效果。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491.54
【图文】：

示意图,地点,示意图,车辆

图 2.1 调查地点示意图2.1.3 数据采集方法（1）车辆数累计曲线法[22,23]本次调查中，流量与密度的采集采用车辆数累计曲线法。首先在调查路段中取三个截面 1、2、3、4（图 2.2），将调查路段划分为瓶颈路段与上游路段（同时上游路段亦是基本路段）并量取相邻截面之间的实际距离，然后数出两路段中包含的车辆数，并在视频中以 10s 为间隔数取通过各截面的车辆数，最后分别绘制出通过 1、2 截面的车辆累计数曲线与通过(2+4)、3 截面的车辆累计数曲线，如图2.3 所示(以截面 1、2 为例)。1324图 2.2 道路截面示意图图 2.3 中，0n 为计数伊始截面 1 与截面 2 之间包含的车辆数，1 n为在一较短的时间间隔 t 内通过截面 1 的车辆数，2 n为在 t 内通过截面 2 的车辆数

频率分布直方图,天气条件,瓶颈区,测量结

图 2.4 两种天气下速度的频率分布直方图图 2.4 可以看出，正常天气条件下的速度分布更为集中，而冰雪天气下的对分散。为了进一步获取两种天气条件下的速度的详细信息，对测量结计计算，结果如表 2.2 所示。表 2.2 两种天气条件下快速路瓶颈区速度统计特性比较

【参考文献】