基于可变限速的高速公路拥堵路段控制算法研究

发布时间：2020-09-15 21:11

　　高速公路不仅是联系不同城市之间的重要纽带,同时也是城市内跨区域交通的重要载体之一。然而现阶段我国高速公路道路建设和交通管理水平提升步伐明显低于机动车的增长速度,导致高速公路交通拥堵问题日益凸显。可变限速控制能够反应出高速公路系统的动态特征,在控制和改善高速公路拥堵方面取得了一定效果。但是目前研究仍存在精度不足、控制目标单一和控制效果不理想等不足。本文选取高速公路拥堵路段为研究对象,提出了一种基于可变限速的高速公路拥堵路段控制算法。本文在现有METANET交通流模型的基础上,结合可变限速控制作用原理分析对可变限速控制下的高速公路拥堵路段临界密度进行了探讨。对现有模型中起始路段交通量、速度密度敏感度表征量和匝道汇入模型进行了改进。之后采用最小二乘法标定了模型参数并进行了预测效果分析。实现了对可变限速控制条件下的高速公路交通流运行状态变化更为合理和准确的描述,增加了交通短时预测工作的精确性。基于改进的METANET交通流模型预测的交通流状态参数,可变限速控制系统将通过对控制目标优化求解来制定限速值。本文结合高速公路“高速、高运输量和高服务水平”优势,从交通效益和环境效益两个角度出发,选取瓶颈区域总通行交通量、路网总行程时间和车辆尾气排放量三项指标作为控制目标,构建了可变限速多目标优化模型。此外将车辆尾气排放量指标与METANET交通流模型进行了匹配,实现了基于METANET交通流模型参数的车辆尾气排放定量计算。随后本文选用遗传算法对模型进行求解,将限速值作为决策变量,采用线性归一法对适应度函数进行归一化处理,之后建立判断矩阵,通过方根法对权重系数进行计算。将多目标优化求解转化为单目标优化求解。在此基础上提供了模型的求解方法。最后本文选取重庆市巴南区G75兰海高速左幅主线南环立交至吉庆隧道段进行了仿真。利用Python软件对VISSIM仿真软件进行二次开发以实现在仿真运行过程中限速值的动态更改。仿真结果表明:相比静态限速控制,本文所建立的基于可变限速的高速公路拥堵路段控制算法能够提升拥堵路段的通行效率,降低车辆运行时间并减少车辆尾气排放量。本文的研究成果可以为高速公路拥堵路段可变限速控制限速值的制定提供参考,对提升高速公路拥堵路段的交通效益和环境效益具有一定现实意义。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U491.265
【部分图文】：

可变限速控制,动态反馈,基本流程图,算法

第一章绪论交通状态描述模型速控制从交通状态描述模型的建模思路不同衍生出两类算法，分别制算法和自适应控制算法[3]。动态反馈控制算法变限速动态反馈控制算法本质上是源于交通流拟合的精确控制算法基础是通过对交通流模型的推导、优化和融合来获取可变限速控制速值。相比开环控制，在其控制系统内部存在一条连接输出和输入的基本控制流程如图 1-2 所示。可变限速控制算法的输出结果（最优过测量传动元件反馈到输入端，与输入信号（交通需求、交通环境和同组成当前高速公路系统作为下一阶段控制器的输入[4]。动态反馈控是使反馈的重要作用得到充分发挥，对系统中的不确定因素和扰动有效的校正行为，能够显著减小误差以达到预期的速度控制效果，提精确性和稳定性。

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重庆交通大学硕士学位论文程度的下降，大型车由于车身尺寸和动力性能上坡速度较慢，容易引起后而造成车辆排队和延误现象[35]。隧道受地形条件和结构的限制，空间呈现出封闭结构。隧道墙壁给驾驶员感，使得隧道中行驶车辆向道路内部发生偏移，导致隧道通行能力的降低墙效应”。此外车辆在出入隧道时，由于光线条件的改变导致驾驶员会出现。正常条件下隧道内行驶的车辆不能换道，容易产生混合车流。由于混合同类型车辆的车身尺寸和动力性能差异较大，容易造成车辆排队和延误

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第二章高速公路拥堵及可变限速控制方法分析iP ——中型大型车（i）交通量占总交通量的百分比；iE ——中型大型车（i）车辆折算系数；Nf——六车道及其以上高速公路的车道修正系数，取 0.98～0.99；pf ——驾驶者总体特征修正系数，通常在 0.96～1.00 之间。.2 匝道交织区高速公路出口匝道和入口匝道一般与主线最外侧车道相连，匝道交织区线导致车辆在内外侧车道之间的换道行为比较频繁。频繁的换道行为对和原车道车辆正常运行均会产生比较大的干扰，导致匝道交织区域通行低。

【参考文献】