城市高架路相邻出入口匝道及其衔接交叉口协调控制

摘要

城市高架道路的入口匝道和出口匝道是连接地面道路与高架道路的重要枢纽，高峰期间上下车辆过多，往往会使其成为高架道路的物理瓶颈。当出入口匝道上下游存在关联交叉口时，交通阻塞现象会更加严重，主要表现为出入口匝道处的车辆“进不去，出不来”。由于对其改建或者重建的难度较大，因此制定合理的管理与控制方法对改善其交通拥堵、提高运行效率具有重大意义。
　　本文通过浏览大量国内外参考文献，在前人研究的基础上，针对入口匝道及其衔接交叉口和出口匝道及其衔接交叉口分别进行了协调控制研究。本文的主要工作如下:
　　(1)针对高架路入口匝道及其衔接交叉口，分析了高架路主线、入口匝道以及地面关联交叉口区域交通流的运行特性，并且详细推导了入口匝道与主线衔接处的交通流动力学模型。将原有的模型拓展到上游交叉口，通过分析入口匝道流率的来源得到了改进的交通流动力学模型。最后运用MIXED-CONTROL算法，以系统误差最小为目标，通过动态调整入口匝道调解率的大小，实现了入口匝道及其衔接交叉口的协调控制。
　　(2)针对高架路出口匝道及其衔接交叉口，首先以成都市二环路南四段与红牌楼北街的交叉口及其关联出口匝道为实例，采集了高峰小时交通数据，分析了高架路主线、出口匝道以及地面关联交叉口区域交通流的时空特性;然后经过VISSIM仿真，利用控制变量法给定出口匝道与地面交叉口不同的交通流量，分析在两者的共同作用下对高架路主线产生的影响，从而得出结论，为了保证高架路主线车辆的正常运行，应对出口匝道及其衔接交叉口进行协调控制。控制的核心是利用模糊控制理论，设计一个两级的模糊控制器得到有效的绿灯时间。第一级模糊控制器的输入变量是当前绿灯相位检测到的交叉口各进口道车辆的拥堵指数及其与下一绿灯相位车辆拥堵指数之差，获得了绿灯延长时间;第二级模糊控制器的输入变量是当前绿灯相位的车辆到达率和下一绿灯相位上游路段的交通阻塞密度，得到了绿灯修正时间。
　　(3)对于入口匝道及其衔接交叉口，本文利用MATLAB进行了相关算法的编程，并基于VISSIM仿真比较分析了定时控制、ALINEA控制以及本文设计的协调控制算法的控制效果，证明了控制方法的有效性;对于出口匝道及其衔接交叉口，首先对VISSIM进行了二次开发，然后通过预设的仿真环境和仿真数据，仿真模拟了模糊控制方案下车辆的运行情况，并将其与定时控制下车辆的运行状况进行了对比，验证了模型的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 入口匝道及其衔接交叉口控制

1．2．2 出口匝道及其衔接交叉口控制

1．3 研究内容

1．4 技术路线

第2章 高架路入口匝道及其衔接交叉口的协调控制

2．1 研究区域交通流运行特性分析

2．1．1 高架路主线交通流

2．1．2 入口匝道交通流

2．1．3 地面交叉口交通流

2．1．4 交通流模型的推导与改进

2．2 入口匝道及其衔接交叉口协调控制算法

2．2．1 控制策略

2．2．2 控制目标

2．3 本章小结

第3章 高架路出口匝道及其衔接交叉口的协调控制

3．1 出口匝道类型

3．2 高架路出口匝道及其衔接交叉口区域交通流运行特性分析

3．2．1 数据采集

3．2．2 仿真环境简述

3．2．3 主路交通流运行特性

3．2．4 出口匝道与辅路交通流运行特性

3．2．5 辅路与出口匝道对主路交通特性的仿真研究

3．3 出口匝道及其衔接交叉口协调控制

3．3．1 控制策略

3．3．2 高架路出口匝道及其衔接交叉口的模糊控制

3．4 本章小结

第4章 仿真测试与分析

4．1 仿真环境与数据获取

4．2 VISSIM二次开发概述

4．3 入口匝道及其衔接交叉口协调控制算例验证与分析

4．4 出口匝道及其衔接交叉口协调控制算例验证与分析

4．5 本章小结

总结与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果