雨天高速公路可变限速控制系统研究与实现

摘要

随着高速公路通车里程和机动车保有量的急剧增加，高速公路交通事故频频发生，其中超速行驶是造成交通事故的一个最主要的原因。目前我国高速公路主要采用固定限速方式，不能根据交通状况、气象环境等进行动态调整，这势必会影响高速公路的交通安全。降雨是我国最常见的天气现象之一，在雨天环境下，路面抗滑能力减小，驾驶员的视距下降，导致高速公路更容易出现交通事故。因此有必要在降雨环境下对高速公路采取合适的限速控制措施。
　　本文在总结现有可变现限速控制研究的基础上，结合降雨对高速公路交通流参数的影响，充分考虑降雨在时空上的变化，建立了雨天环境下的高速公路可变现速控制模型与控制方法；并利用VISSIM交通仿真软件作为路网服务器，以VISSIM仿真软件的COM接口作为数据传递通道，在Visual Studio2008环境中应用VB.NET编程语言编写控制算法，实现系统软件的设计。最后利用VISSIM交通仿真软件进行实时在线仿真实验，完成控制模型与控制方法的评价分析。主要完成的工作如下：
　　（1）设计了雨天高速公路可变限速控制系统的总体方案
　　对雨天高速公路可变限速控制系统现场的设备铺设方案进行设计，根据不同的用户需求，分析了系统的功能需求，对功能模块进行了划分；根据功能要求设计系统的数据逻辑结构；从软件设计的角度划分软件设计模块；然后根据本文所研究的重点内容，建立系统的软件架构，对系统的设计方案进行了宏观的描述。
　　（2）建立了雨天环境下高速公路动态交通流模型
　　介绍高速公路交通流参数之间的关系，分析了高速公路的各种交通流模型，并结合本文研究的需要，选择了元胞传输模型作为可变限速的基本模型，在分析了晴天条件下高速公路元胞传输模型的基础上，引入雨量变化对模型的影响，建立了雨天环境下的高速公路元胞传输模型；最后对模型加入可变限速控制的影响，建立了雨天环境下的高速公路可变限速控制模型
　　（3）提出了雨天环境下高速公路可变下速控制方法
　　提出了雨天可变下速控制的基本策略，研究了基于模型预测控制的可变限速控制方法，建立了系统的优化目标函数，并详细的阐述了模型预测控制的整个控制过程
　　（4）系统实现及测试
　　基于VISSIM交通仿真软件，利用其COM口技术，采用VB.NET编程语言实现控制模型与控制算法的在线仿真实验，完成对系统模型方法的验证，并根据系统总体方案完成系统部分软件的实现。结果表明：本方法可以有效地提高高速公路在雨天环境下的运行效率，并能够有效的保证高速公路的交通安全。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 可变限速控制的应用现状

1.4 本文的研究内容

1.5 技术路线

第2章 雨天高速公路可变限速控制系统设计方案

2.1 可变限速控制系统的组成

2.2 系统的需求分析与模块划分

2.3 系统的逻辑结构设计

2.4 系统的软件模块设计

2.5 雨天高速公路可变限速系统的软件架构

2.6 小结

第3章 雨天环境下高速公路动态交通流模型

3.1 高速公路的稳态交通流模型

3.2 高速公路动态交通流模型

3.3 降雨环境下改进的元胞传输模型

3.4 小结

第4章 雨天高速公路可变限速控制方法

4.1 雨天高速公路可变限速控制方法的提出

4.2 雨天环境下高速公路可变限速控制策略

4.3 基于模型预测控制的可变限速控制方法研究

4.4 小结

第5章 雨天高速公路可变限速控制系统实现

5.1 软件设计的基本原则

5.2 系统登录界面设计

5.3 系统主界面设计

5.4 数据处理模块的实现

5.5 系统的数据库设计

5.6 小结

第6章 仿真实验及数据分析

6.1 仿真实验的工具介绍

6.2 实验需求分析

6.3 实验方案设计

6.4 仿真实验实现

6.5 实验数据与分析

6.6 小结

第7章 总结与展望

7.1 研究结果

7.2 研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加的科研工作及成果