城市段高速公路多匝道协调控制理论与方法研究

发布时间：2020-07-23 06:55

【摘要】：随着我国经济的发展,持续增长的小汽车私人拥有量,使得高速公路交通需求不断提高,进而对高速公路的管理水平提出了更高的要求。高速公路入口匝道协调控制,为高速公路拥挤提供了缓解措施。考虑到现有的基于流量预测的控制方案所存在的缺陷,以及在匝道控制方案实施过程中缺少路网异常状态监控方案的问题,提出了基于交通状态判断的多匝道协调控制方案。本文主要做了以下工作:(1)在匝道协调控制的基础准备研究中,本文提出了基于支持向量机回归的短时交通流预测方案,并加以实现。预测分为两个部分,短时交通流流量预测为控制方案提供预测流量数据;短时交通流速度预测用以结合流量预测判断主线交通流的拥堵状况。基于山区高速大车影响较大的背景,采用仿真、灰色关联度理论等方法分析了大车比例对于平均速度的影响程度,并在短时交通流速度预测中,提出了考虑大车因素的预测方案,并通过最佳输入时间序列分析、神经网络预测模型对比分析,得到最优预测模型方案。最优方案预测结果如下,短时交通流速度预测均方误差为0.02419,决定系数为0.58;短时交通流流量预测方案,均方误差为0.038384,决定系数为0.71954。(2)针对目前控制方案实施中缺少路网异常事件监控方案,不能保证控制实施过程中无异常事件影响而导致方案效果不佳的问题,提出了基于支持向量机分类的异常事件检测模型。通过对车辆抛锚事件的仿真采集相关参数,并设计了检测方案,单侧输入检测率为91%、误报警率为4.5%、平均检测时间为114s;双侧输入检测率为93%、误报警率为3.5%、平均检测时间为102s,足以显示本文设计的检测方案具有较好的综合效果,双侧输入方案稍优于单侧输入,单侧输入也可达到检测效果。(3)最后应用VISSIM仿真软件,以昆玉高速为仿真背景,建立仿真模型,并对无控制、改进的ALINEA控制、交通状态判断单匝道控制、多匝道协调控制四种方案进行对比。结果显示,本文提出的基于交通状态判断的单匝道控制方案优于改进的ALINEA控制算法,可缓解瓶颈区域拥挤状态产生,超调量小。协调控制方案较之单点控制效果更为明显,可平稳瓶颈区域的密度参数,路网整体状态达到期望密度附近。本文建立的基于交通状态判断的协调控制方案,在保证路网无事故发生的情况下进行控制,路网通过量得到优化,防止了入口匝道排队的溢出,适合常发性拥挤的预防以及缓解瓶颈区域的不良交通状态。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491
【图文】：

匝道控制

来达到预防拥挤的目的；用于消除拥挤的入口匝道控制是在偶发性拥挤产生时，疏导交通拥挤情况的控制。按照调节率是否实时响应交通状态分：入口匝道控制分为定时调节与动态调节。匝道控制分类如图1-2所示。综合以上分析，本文选取入口匝道控制方案进行常发性拥挤的预防。图 1-2 匝道控制分类1.1.2 入口匝道控制原理入口匝道的控制对象为高速公路主线交通流，通过对上游需求以及下游容量进行分析，寻找最优入口匝道流入量，使主线交通流不超过路网容量，在较大需求下仍然保持主线平稳运行，同时，大于需求与容量差额以外的车辆，将会在匝道上形成排队。对于车辆驾驶者来说，可以选择在入口匝道处等待，也可以选择使用其他路线代替高速公路。该方法将高速公路主线上因车辆间相互干扰所产生的延误

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需配合一些控制设备，包括入口匝道处的信号控制灯、驾驶员信息系统（包含可变信息标志牌等）、可变限速标志以及控制设备。在控制设备中有预先设定好的算法，以便对匝道口信号灯进行控制。检测器的布设方案、控制原理图如图1-3所示：图 1-3 高速公路控制原理图单匝道控制的研究已相对成熟，但该方法缺乏系统整体性与公平性，只针对单个匝道下游主线交通流进行控制，因此，多匝道协调控制的研究，对社会经济效益、社会效益有着重要的作用。根据匝道控制研究表明，多匝道协调控制是提高高速公路通行能力最有效的方式，对于高速公路拥堵的预防有着很好的效果。基于此，为预防常发性拥挤的产生，本文对多匝道协调控制进行研究。1.1.3 匝道控制意义匝道控制可以缓解或避免交通拥堵的发生，在高速公路控制中占有主导地位。对于出口匝道控制来说，其作用主要是对事故路段车辆或者异常状态发生段上游出口匝道的诱导

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制技术进行了深入的研究，由单点控制发展到多匝道协调控制。我国对匝道控制的研究起步较晚，主要是对国外研究成果进行改进，也有部分学者提出自己的观点。本文按照控制的匝道数目进行分类，匝道控制体系如图1-4所示：图 1-4 匝道控制体系经过匝道控制相关资料的整理，本文将应用较多的入口匝道控制方案进行了总结，对国内外研究现状进行了归纳。以下部分，本文对经典的入口匝道控制理论及其原理进行介绍。1.2.1 单匝道控制单匝道控制的调节率根据控制匝道上下游流量、速度、占有率以及匝道上的排队长度等局部交通状态而决定。根据是否具有反馈机制，可以分为开环控制和闭环控制，其中闭环控制具备反馈特征。（1）开环控制

【参考文献】