城市快速路入口匝道与衔接交叉口的协调控制

摘要

随着城市交通需求急剧增长，快速路入口匝道与衔接交叉口区域的交通拥堵问题日益频发。当入口匝道车流无法及时汇入快速路主线，而衔接交叉口车流却持续驶入匝道时，极易导致入口匝道车辆排队溢出，并造成衔接交叉口关联出口道的车辆囤积，影响区域内交通流的正常通行。本文在快速路入口匝道与衔接交叉口特性分析的基础上，分别建立启发式协调控制方法和优化协调控制方法，以缓解该区域的交通拥堵状况。 通过设置衔接交叉口排队长度约束、绿灯时间约束以及入口匝道排队长度约束条件，结合限制交叉口流量驶入匝道并增加匝道流量驶入主线的协调策略，建立入口匝道与衔接交叉口的启发式协调控制模型。当入口匝道出现较长排队时，减少交叉口关联相位绿灯时间，采取限制流量驶入匝道策略；当匝道排队趋于最大容量时，减少匝道驶入量的同时，约束匝道最小调节率阈值，采取增加匝道流量驶出的策略。以上协调策略，在确保衔接交叉口正常通行的同时，可较好的缓解入口匝道的排队拥挤并避免排队溢出。 在元胞传输模型理论的基础上，设置交叉口信号控制参数与匝道控制参数，结合入口匝道衔接交叉口区域特性分析，建立该区域的交通流模型并验证其合理性。由交通流模型获取交通评价指标，以入口匝道和衔接交叉口车均延误最小为目标函数，以绿灯时间、周期时长、排队长度及主线交织区通行能力为约束条件，建立优化协调控制模型，并利用遗传算法求解信号配时参数和匝道调节率参数。通过设计优化协调控制流程，由优化控制参数更新区域交通流状态，实现优化协调控制与交通流模型的双向联系。基于优化协调控制，在降低衔接交叉口车辆延误的同时，能够延缓入口匝道排队产生并加快其排队消散，改善区域交通流运行状态。 以徐州市城东大道快速路入口匝道及衔接交叉口（城东大道与振兴大道）为实例背景，应用MATLAB与VISSIM软件搭建仿真平台实现启发式协调控制方法，应用MATLAB软件建立交通流模型并实现优化协调控制方法，利用历史早高峰交通量数据，以匝道流入量、排队长度、车均延误为指标，评价协调控制方法的应用效果。仿真结果表明：相比无协调控制，启发式协调控制因限制8.27%的流量驶入匝道，致使衔接交叉口排队长度增加0.16%，车均延误增加2.59%，但入口匝道排队长度减少5.34%，车均延误减少4.46%；优化协调控制动态优化信号配时减少衔接交叉口车均延误7.64%，通过减少9.28%的匝道驶入量，以交叉口排队长度增加9.16%为代价，入口匝道车均延误减少55.92%，排队长度减少63.20%。同时，相比启发式协调控制存在调节过渡和调节震荡的不足，优化协调控制则更为精准高效。

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