雾天条件下高速公路主线限速与匝道控制协调方法

摘要

雾天高速公路的车辆拥堵以及行车安全隐患一直是亟需解决的问题，特别是因团雾天气而造成的连环追尾事故。针对该问题国内外研究学者展开了大量的研究，主要采用单独主线限速控制或者单独入口匝道控制，但缺少将两者同时考虑进行高速公路控制的研究。故本文以运营效率以及行车安全性为目标，建立了同时考虑匝道控制和主线限速控制的高速公路控制模型，并证明了模型的有效性。
　　首先，以九江绕城高速、长沙绕城高速为例进行交通数据采集，采集雾天和晴天环境下的行车数据，提取雾天的交通流特征。
　　其次，针对雾天的交通流特征，建立雾天高速公路交通流模型。考虑匝道控制对主线密度的影响，建立主线密度函数，增加匝道控制率对主线密度的影响;考虑主线限速对行车速度的影响，对交通流模型的期望速度进行修正;同时考虑雾天低能见度对行车速度的影响，建立速度与能见度的函数关系，对正常天气高速公路交通流模型修正后得到雾天高速公路交通流模型。
　　再次，分别考虑雾天能见度、匝道控制率以及匝道的排队长队等因素，建立以主线运营效率、匝道排队长度和行车安全性为目标函数，以路段密度、匝道排队长度、速度、主线限速值以及匝道调节率为决策变量，以主线密度约束、主线速度约束、入口匝道排队约束、主线通行能力约束以及其他约束等为约束条件的多目标混合整数规划模型。利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对模型进行优化求解。
　　最后，从主线效率、车头时距、车头间距以及行车安全性四个方面对四种不同方案进行分析评价。利用微观仿真软件Vissim进行高速模型构建，对比分析本文模型与其他三种对比模型的效益，结果表明:当饱和度小于0.7时，本文模型效益最佳;当饱和度大于0.7时，本文模型的平均行程时间高于对比方案，平均行程时间增大了3％，但行车安全性指标提高12.23％，证明了本文模型在高饱和交通水平下依旧能保证安全性的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 国内外研究综述

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

第二章 雾天高速公路交通流特性分析

2．1 高速公路行车特征调查

2．1．1 调查地点

2．1．3 调查方法

2．2 车速特征分析

2．2．1 正常天气条件下的车速特征

2．2．2 雾天时的车速特征

2．3 车头间距特征分析

2．3．1 正常天气条件下的车头间距特征

2．3．2 雾天条件下的车头间距特征

2．4 本章小结

第三章 雾天高速公路交通流模型分析

3．1 高速公路稳态交通流模型

3．1．1 交通流基本参数介绍

3．1．2 交通流基本参数间的相互关系

3．2 高速公路动态交通流模型

3．2．1 动态交通流模型

3．2．2 雾天条件下高速公路主线限速与匝道控制交通流模型

3．3 本章小结

第四章 雾天高速公路主线限速与匝道控制协调方法

4．1 雾天高速公路控制方法选取

4．1．1 高速公路控制方法

4．1．2 雾天高速公路控制方法

4．2 雾天高速公路主线限速与匝道协调控制模型构建

4．2．1 雾天高速公路主线限速与匝道协调控制模型目标函数

4．2．2 雾天高速公路单独入口匝道控制模型

4．2．3 雾天高速公路主线限速控制模型

4．2．4 雾天高速公路入口匝道与主线限速协调模型

4．3 基于遗传算法的雾天高速公路交通控制模型求解

4．3．1 多目标优化问题以及Pareto

4．3．2 带精英策略的非支配排序遗传算法

4．3．3 高速公路四种不同控制方案的PARETO最优解

4．4 本章小结

第五章 雾天高速公路主线限速与匝到协调控制仿真评价

5．1 交通仿真介绍

5．2 雾天高速公路仿真模型构建及标定

5．2．1 雾天高速公路仿真模型构建

5．2．2 雾天高速公路仿真模型标定

5．3 控制方法仿真结果分析与评价

5．3．1 主线效率分析与评价

5．3．2 平均车头间距及平均车头时距分析与评价

5．3．3 行车安全性评价

5．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录