城市高速道路入口匝道动态协调控制方法研究

摘要

城市高速道路是适应大城市汽车交通需求发展和土地利用特征而出现的，并通过其较大的服务容量和较高的服务水平对城市汽车交通出行做出了积极的贡献。但随着汽车交通需求的不断增长，各高速道路先后出现了交通拥挤，且拥挤程度日益加剧。根据国外经验，入口匝道控制是应用最广泛、也最有效的一种缓解高速道路拥挤的交通控制形式。针对城市高速道路中的常发性交通拥挤，并考虑到目前实际可用的交通信息采集和处理技术条件，本论文选取一种曾得到成功应用的局部区域入口匝道动态协调控制方法--Bottleneck(瓶颈)，在交通状态分析和仿真实验的基础上，对其进行研究和改进，从而提出更适合于城市高速道路的入口匝道动态协调控制方法。Bottleneck方法将单点与系统协调两个层面的控制相结合，本论文首先从单点控制入手进行研究。选取需求-容量差额控制(Demand-Capacity Strategy，DC)和线性状态调节(Asservissement Linéaire d'Entrée Auotroutière，ALINEA)两种典型的入口匝道单点动态控制方法进行研究；对其中的排队约束模型进行细致的参数解析，提出一种更适合于城市高速道路的入口匝道到达交通需求预测方法，并在排队约束模型中加入对高速道路主线服务水平的保障机制。然后，对Bottleneck方法进行研究，在不纳入预测机制的前提下，针对协调层面调节率(Bottleneck Metering Rate，BMR)振荡、流量数据随机波动引起的主线拥挤状态漏检以及对上游入口匝道调整过度等问题分别进行研究，并提出相应的改进模型和方法。本研究成果适用于目前交通信息采集和处理技术条件下的城市高速道路交通控制，并且能够随着相关技术的发展而得到进一步完善。关键词：城市高速道路，入口匝道动态协调控制，入口匝道单点动态控制，入口匝道排队约束，主线拥挤控制，交通状态分析，交通仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1实践背景

1.1.2理论研究背景

1.1.3相关技术发展背景

1.2研究目的

1.3技术路线与章节安排

本章参考文献

第2章 高速道路入口匝道控制方法研究综述

2.1概述

2.2入口匝道控制简介

2.2.1入口匝道控制的基本概念

2.2.2入口匝道调节率与信号周期之间的关系

2.2.3入口匝道控制方法的理想特征

2.2.4入口匝道控制分类

2.3静态控制

2.4单点动态控制

2.5动态协调控制

2..1系统最优协调控制

2..2状态调节器控制

2..3启发式协调控制

2.6小结

本章参考文献

第3章 城市高速道路主线交通状态特征分析

3.1概述

3.2路网模型构建

3.2.1路网物理边界

3.2.2高速道路主线物理特征指标

3.2.3匝道物理特征指标

3.2.4匝道相邻地面交叉口对匝道交通影响的模拟

3.3车型组成及驾驶行为校准

3.4交通需求设定

3.5分析指标选取

3.6高速道路主线交通状态特征分析

3.6.1入匝上、下游路段交通状态特征分析

3.6.2出匝上游路段交通状态特征分析

3.6.3交通拥挤分类新解

3.7检测器布设、控制参数设定及实时数据处理方法

3.7.1检测器布设

3.7.2控制参数设定

3.7.3实时检测数据处理

3.8小结

本章参考文献

第4章 两种入口匝道单点动态控制方法研究和改进

4.1概述

4.2控制方法描述

4.2.1 DC控制方法

4.2.2 ALINEA控制方法

4.3控制方法特性分析

4.3.1系统控制与状态之间的时空一致性分析

4.3.2入匝调节率的稳定性分析

4.4入匝排队约束模型分析与改进

4.4.1经典排队约束模型的参数分析

4.4.2经典排队约束模型的改进

4.4.3入匝到达交通需求预测方法改进

4.4.4几种排队约束模型的比较

4.4.5排队约束之约束

4.5小结

本章参考文献

第5章 Bottleneck入口匝道动态协调控制方法研究

5.1概述

5.2实际应用背景简介

5.3控制方法描述

5.3.1单点层面控制方法

5.3.2协调层面控制方法

5.3.3计算调节率的调整

5.4控制方法分析

5.4.1综合评述和比较

5.4.2单点层面控制方法分析

5.4.3协调层面控制方法分析

5.4.4关于计算调节率调整的问题分析

5.5小结

本章参考文献

第6章 Bottleneck入口匝道动态协调控制方法改进

6.1概述

6.2协调层面模型改进

6.2.1针对入匝调节率振荡问题的模型改进

6.2.2针对主线拥挤漏检问题的模型调整

6.2.3针对“过调”问题的模型改进

6.3入口匝道排队约束模型改进

6.3.1模型改进描述

6.3.2模型改进分析

6.4小结

本章参考文献

第7章 结语

7.1主要研究成果

7.2主要研究结论

7.3后续研究展望

本章参考文献

附录A 术语/缩略语说明

致谢

作者简介