基于仿真的高速公路可变限速控制策略影响研究

摘要

可变限速控制是一种智能交通技术手段，可根据高速公路上交通、环境、气象条件动态改变车流限速值，以起到缓解交通拥堵、改善高速公路行车安全等作用。我国关于可变限速系统的研究还处于初级阶段，许多研究者提出的可变限速控制策略应用具有局限性，并且难以实现受控高速公路整体效益最优。针对这些问题，本文提出了高速公路可变限速最优控制方法，并运用数值仿真，量化分析了不同可变限速控制策略对瓶颈路段车流运行效率的影响；此外，本文还建立了追尾事故风险预测模型，以评价可变限速控制系统对车流运行安全的影响，主要研究内容如下：
　　(1)建立了高速公路可变限速控制宏观交通流模型。根据可变限速控制系统对交通流运行产生的影响，以及瓶颈路段的交通流特征，对细胞传输模型中基本路段模型进行了扩展，提出了限速控制段和瓶颈段的流量--密度关系，使CTM模型能够有效的描述瓶颈路段和限速控制段交通流运行规律，并分析了CTM模型中最小二乘参数标定方法。
　　(2)研究了可变限速控制最优控制策略仿真方法。本文提出以行程时间和周转量综合指标为目标函数的瓶颈路段可变限速最优控制方法，并设计了相应的6条控制策略，同时采集了南京机场高速交通流数据，基于可变限速控制下的CTM模型，设计仿真实验，对瓶颈段可变限速控制策略影响进行量化分析。仿真结果表明，可变限速系统可以在保证流率的情况下，降低整个系统内车流行程时间，改善高速公路的服务水平和服务效率。
　　(3)建立了追尾事故风险预测模型。基于支持向量机(SVM)算法，建立了追尾事故风险预测模型；采用F值变量选择方法识别出了影响追尾事故发生的关键特征变量：采用交叉验证方法，标定了SVM预测模型的核函数参数。最终建立的追尾事故风险预测模型，准确率较高，可以用于量化分析可变限速控制策略对交通流安全的影响。