（模式識(shí)別與智能系統(tǒng)專業(yè)論文）基于十里河路段智能交通誘導(dǎo)方法研究.pdf

摘要 摘要 快速路的擁堵已成為城市交通面臨的重要問題 其成因是多方面的 主要有 快速路交通負(fù)荷超過其通行能力 突發(fā)交通事故 進(jìn)出口匝道不暢等 通過匝道 調(diào)節(jié) 主線速度控制 可變信息板誘導(dǎo)等策略可以有效緩解交通擁堵狀況 本文 以北京市三環(huán)路十里河路段為背景 研究將匝道控制和基于可變信息板誘導(dǎo)相結(jié) 合的交通控制和管理策略應(yīng)用其中 以緩解該區(qū)域交通擁堵問題 論文的主要工 作包括如下幾個(gè)方面 首先 對(duì)分鐘寺匝道的數(shù)學(xué)模型和道路結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析 得出該匝道可采 取分時(shí)段的匝道和主線同時(shí)控制的結(jié)論 再根據(jù)快速路交通流的數(shù)學(xué)模型具有復(fù) 雜 非線性的特點(diǎn) 提出主線和匝道的兩相位分時(shí)模糊控制 其次 為配合這種特殊主線控制方案 考慮了駕駛員的視覺與車速的關(guān)系 駕駛員的行為習(xí)慣和具體路況等多個(gè)因素 采用了三級(jí)逐級(jí)引導(dǎo) 保障把要控制 的車輛引導(dǎo)進(jìn)入控制區(qū)域 第三 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)交通流進(jìn)行短時(shí)預(yù)測 并根據(jù)預(yù)測數(shù)據(jù)采用三種 交通擁堵自動(dòng)判別算法融合判斷交通擁堵狀況 向周邊路網(wǎng)發(fā)布信息 同時(shí)提供 經(jīng)過該路段的預(yù)測旅行時(shí)間 關(guān)鍵詞 快速路 匝道控制 交通誘導(dǎo) 短時(shí)預(yù)測 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 i i 宣薯i i i i i i i i i i i i 宣i i i 1 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i i i 鼉 a b s t r a c t t h ef r e e w a y sc o n g e s t i o nh a sb e c o m eo n ep r o b l e mf o ru r b a nt r a f f i c t h ec a u s e s l i ei ns e v e r a lw a y s s u c ha st r a f f i co v e r l o a d s u n e x p e c t e da c c i d e n t s c o n g e s t i o ni n e n t r a n c ea n de x i tr a m p a n ds oo n a c c o r d i n g l y t h ep r o b l e mm a yb ee f f e c t i v e l y r e s o l v e db yr a m pm e t e r i n g m a i nl i n es p e e dc o n t r o l a n dr o u t eg u i d a n c ew i t hv a r i a b l e m e s s a g es i g n s b a s e do nt h ec o n d i t i o no fs h i l ir i v e rs e c t i o no fb e i j i n g st h i r dr i n g r o a d t h i sp a p e rr e s e a r c h e st r a f f i cc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts t r a t e g i e sb yc o m b i n a t i o n o fr a m pc o n t r o la n dr o u t eg u i d a n c ew i t hv a r i a b l em e s s a g es i g n s t oi m p r o v et h et r a f f i c c o n g e s t i o ni nt h er e g i o n t h es t u d yw o r ki n v o l v e sf o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s f i r s t l y t h e m a t h e m a t i cm o d e lo f f e n z h o n g s ir a m pa n dr o a d s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i ca r ea n a l y z e dw i t ht h ec o n c l u s i o nt h a tt h et i m e s h a r i n gr a m pa n dm a i n l i n em a yb ec o n t r o l l e ds y n c h r o n o u s l y t h e nt h em a i nl i n ea n dr a m p sc o u p l e p h a s e t i m e s h a r i n gf u z z yc o n t r o lm e t h o di sp r o p o s e da c c o r d i n gt ot h ec o m p l e x i t ya n d n o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i co f h i g h s p e e dw a y st r a f f i cs t r e a mm o d e l s e c o n d l y t h i r d c l a s sg u i d a n c em e t h o da r ei n t r o d u c e dt om a t c ht h es p e c i a lm a i n l i n ec o n t r o ls t r a t e g y a n dt oi n s u r et h a tt h ev e h i c l e st ob ec o n t r o l l e da r eg u i d e dt ot h e c e r t a i nr e g i o n s b a s e do nt h ec o n s i d e r a t i o no ft h ef o l l o w i n gf a c t o r s t h er e l a t i o n b e t w e e nv e h i c l ev e l o c i t ya n dd r i v e r sv i s i o n d r i v e r sb e h a v i o rh a b i t sa n dc o n c r e t e t r a f f i cc o n d i t i o n f i n a l l y t h en e u r a ln e t w o r km o d e li su s e dt of o r e c a s tt h es h o r t t e r mt r a f f i cs t r e a m b a s e do nt h ef o r e c a s td a t a t h r e ek i n d so fa u t o m a t i cj u d g ea r i t h m e t i ca b o u tt r a f f i c c o n g e s t i o na r ei n t e g r a t e dt oe s t i m a t et h ej a ms t a t u s t h e nt h ei n f o r m a t i o ni sp u b l i s h e d t os u r r o u n d i n gr o a d sa n d t a r g e tt i m et op a s st h r o u g ht h er e g i o ni sa l s os u p p l i e d k e yw o r d s f r e e w a y r a m pc o n t r o l t r a f f i cg u i d a n c e s h o r t t e r mf o r e c a s t i n g i i 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明并表示了謝意 簽名 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán) 保留送交論文的復(fù)印件 允許論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿?分內(nèi)容 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 簽名 導(dǎo)師簽名 遺 鳥日期 掣多 第1 章緒論 i i i i i i i 置i i i i i i i i ii i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣宣i 宣i 萱i i i i 萱i i 置i i i i i i i i i 第1 章緒論 1 1 課題研究背景 縱觀世界上的發(fā)達(dá)國家 在其經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展進(jìn)程中 都曾經(jīng)歷過交通擁堵這 個(gè)階段 這是歷史發(fā)展的一個(gè)必然階段 我國目前也正處于這個(gè)時(shí)期 路年遞增 不足4 車年遞增超過1 0 供需矛盾不斷激化 交通擁堵日益嚴(yán)重已成為不爭 的事實(shí) 北京 上海等大城市交通擁堵問題尤為嚴(yán)重 1 1 1城市快速路擁堵的原因 1 城市道路結(jié)構(gòu)的不合理現(xiàn)有城市道路交通系統(tǒng)模式的基礎(chǔ)是城市道 路的級(jí)配結(jié)構(gòu) 在這個(gè)級(jí)配結(jié)構(gòu)中將城市道路分為四級(jí) 快速路 主干路 支干 路 支路 國際上通行的城市道路級(jí)配結(jié)構(gòu)是金字塔形的 即四級(jí)道路的比例為 l 2 3 6 n 而我國城市道路的結(jié)構(gòu)不是這樣 特別是北京市 由于市區(qū)路網(wǎng) 稀 即主干路 支干路 支路配備不夠 在快速路上車流散勢(shì)必會(huì)集中在幾座立 交橋上 而快速路網(wǎng)的特點(diǎn)是車流積累速度快 一旦發(fā)生車流積累速度超過車流 消散速度的狀況時(shí) 其結(jié)果正是交通堵塞 2 車輛的迅速增加據(jù)2 0 0 5 年統(tǒng)計(jì) 北京市在過去的5 年時(shí)間里 新增 機(jī)動(dòng)車1 3 6 萬輛 預(yù)計(jì)2 0 1 0 年將達(dá)到3 5 0 萬輛 市區(qū)交通已出現(xiàn)飽和 修建立 交橋 快速路都是為了解決非飽和交通問題 一旦道路飽和 由于快速路上沒有 交通信號(hào)燈 缺少交通流量調(diào)控的基本手段 交通擁堵是在所難免的 3 快速路進(jìn)出口的無序城市快速路的主要功能為承擔(dān)城市組團(tuán)間長距 離的通過性交通 但其作為城市道路網(wǎng)的一部分 同時(shí)也為道路沿線用地的集散 性交通服務(wù) 因此 城市快速路一般需要設(shè)置主 輔路來實(shí)現(xiàn)不同的交通功能 快速路輔路設(shè)置后 主 輔路之間的交通聯(lián)系主要靠主 輔路間的出入口來實(shí)現(xiàn) 在北京市 快速路還與高速路相聯(lián)結(jié) 成為高速路上車流的主要集散路線 我國 的城市快速路的出入匝道口為全部不控制 這些地方就是北京交通的秩序亂點(diǎn)和 堵點(diǎn) 這種秩序混亂造成通行能力下降 局部交通擁堵在快速路上迅速擴(kuò)散 最 終影響整個(gè)路網(wǎng)的暢通 4 立交橋下交叉口擁堵北京快速路上的立交橋下聚集著大量等待疏散 的車輛 這些地方大多數(shù)是車多路少通行能力不足 在這種情況下 由于一次綠 燈無法放空路口積累的全部車輛 以路口信號(hào)綠波帶協(xié)調(diào)為主要手段的各類信號(hào) 1 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩七學(xué)位論文 i i 控制系統(tǒng)其效果受限 這就形成了只要遇立交橋就擁堵 不論是橋下還是主路 1 1 2 解決問題的方法 如何解決這一難題 最直接 最徹底的方法那就是加快相配套道路的建設(shè) 這樣做不僅受許多條件的制約 如密集城區(qū)有限土地資源的限制 資金限制及短 時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)等 而且 隨著城市車輛進(jìn)一步增加 在逐步改善快速路進(jìn)出1 3 道 路之后 城市就會(huì)出現(xiàn)第二階段的交通擁堵 這就是在城市的快速路上普遍出現(xiàn) 了交通擁堵現(xiàn)象 目前 北京正處于第二個(gè)交通擁堵局面之中 即交通高峰期二 環(huán)路 三環(huán)路都處于交通擁擠的局面 平均時(shí)速常常在1 0 公里 時(shí)左右 這 個(gè)交通擁堵現(xiàn)象又會(huì)促使人們得出一個(gè)新的結(jié)論 必須增加快速路的道路密度 以提高快速路的通行能力 按照這個(gè)推論 當(dāng)城市汽車數(shù)量越來越多時(shí) 快速路 的道路密度也越來越高 這樣循環(huán)下去就會(huì)演繹成 增加支路和支干路比例的努 力將導(dǎo)致減少支路和支干路比例的結(jié)果 增加快速路比例的努力將導(dǎo)致減少快速 路比例的結(jié)果 最終會(huì)陷入到 道路悖論 中不能自拔n 1 因此建設(shè)道路不是解 決交通擁堵的最佳辦法 目前行之有效的方法是充分利用現(xiàn)有的道路設(shè)施 引入智能交通控制系統(tǒng) 以提高道路設(shè)施的使用效率 隨著自動(dòng)控制 計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展 將交通 控制和交通誘導(dǎo)相結(jié)合的交通智能管理會(huì)逐漸成為解決快速路運(yùn)行的主要手段 本文以十里河路段為研究背竟 根據(jù)十里河路段的道路結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)施 進(jìn) 行交通信號(hào)控制 交通信息動(dòng)態(tài)顯示與交通誘導(dǎo)綜合的智能交通控制的方案設(shè)計(jì) 的研究 1 2 快速路匝道控制的研究現(xiàn)狀 1 2 1匝道控制簡述 匝道控制的主要方式有兩種 匝道調(diào)節(jié)和匝道關(guān)閉 匝道調(diào)節(jié)是在匝道上使 用交通信號(hào)燈對(duì)進(jìn)入快速路的車輛實(shí)行計(jì)量控制 它以快速路主線交通流為控制 量 以匝道入口流量為系統(tǒng)的輸入量 通過尋求最佳入口匝道流量 使得快速路 的交通流處于最佳狀態(tài) 匝道關(guān)閉分為高峰時(shí)段或交通事故關(guān)閉和永久性關(guān)閉 其定義為不允許輔路 的車輛進(jìn)入快速路主線 保障快速路不擁堵 2 第1 章緒論 1 2 2 國外研究現(xiàn)狀 國外對(duì)快速路的交通控制起始于上世紀(jì)5 0 年代 大都借用高速路的控制方法 對(duì)快速路進(jìn)行控制 主要有入口匝道控制 主線控制 進(jìn)出口匝道控制以及輔路 控制等 其中匝道控制應(yīng)用最廣泛 效果最好 按照控制算法分類 大體上有固定配時(shí)調(diào)節(jié)和匝道感應(yīng)控制兩種方案 固定 配時(shí)調(diào)節(jié)是根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 利用線性規(guī)劃優(yōu)化方法求解調(diào)節(jié)率 實(shí)現(xiàn)開環(huán)控 制 它屬于靜態(tài)調(diào)節(jié)方式 匝道感應(yīng)控制是在匝道上設(shè)置感應(yīng)檢測器 根據(jù)實(shí)時(shí) 檢測到的信息 以快速路主線的通行能力為約束條件 將主線上的交通密度控制 在略低于臨界密度 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制 按控制匝道數(shù)量分類 又可分為單匝道局部控制和多匝道協(xié)調(diào)控制 匝道局 部控制常常采用的方法有三種 需求一容量差額控制 占有率控制 查 a l i n e a 控制 其中a l i n e a 算法是p a p a g e o r g i o u 等在1 9 9 1 年提出的 這種算法已在在巴黎 阿姆斯特丹 慕尼黑以及格拉斯哥等地應(yīng)用 效果良好 多匝道協(xié)調(diào)控制的算法較多 最有代表性的為動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制算法 在a l i n e a 控制上擴(kuò)展的m e t a l i n e 控制算法以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)控制 1 2 3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對(duì)高速公路和快速路匝道控制方法的研究起步較晚 隨著城市快速路交 通擁堵越來越嚴(yán)重 近兩年的研究逐步多了起來 但大多數(shù)進(jìn)展都是在國外研究 的基礎(chǔ)上 提出一些修正和改進(jìn) 也有一些提出了自己的思路 其控制方法主要 分為 模糊控制 基于宏觀交通模型的入口匝道協(xié)調(diào)控制和入口匝道的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制等 1 3 交通誘導(dǎo)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 按照誘導(dǎo)信息發(fā)布的空間分布不同可以將城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)分為車內(nèi)誘導(dǎo) 系統(tǒng)和車外誘導(dǎo)系統(tǒng) 車內(nèi)誘導(dǎo)系統(tǒng)通常有交通廣播系統(tǒng) 熱線電話服務(wù)和車內(nèi) 顯示終端等 駕駛員通過它們了解行車前方的交通狀況 為駕駛員制定出行計(jì)劃 以及選擇行駛路徑提供參考 車外誘導(dǎo)系統(tǒng)主要有電話 電視 尋呼機(jī) 個(gè)人數(shù)字助理 因特網(wǎng)以及可變 信息板 v a r i a b l em e s s a g es i g n s v m s 等 電視和交通廣播一樣是最早使用的信 息發(fā)布技術(shù)之一 而電話 尋呼機(jī) 個(gè)人數(shù)字助理等方式都有其技術(shù)難點(diǎn)沒能被 3 北京工業(yè)大學(xué)下學(xué)碩士學(xué)位論文 廣泛使用 目前使用更多的還是因特網(wǎng)和公共信息亭等信息查詢方式 它可以方 便出行者在出發(fā)前了解各種實(shí)時(shí)信息 制定相應(yīng)的出行計(jì)劃 可變信息板是一種隨交通 道路 氣候等狀況的變化而改變顯示內(nèi)容的標(biāo)志 可顯示道路狀況 交通狀況 氣象狀況以及其他內(nèi)容 顯示形式可以是文字 數(shù) 字 符號(hào)或圖形等 既是 種信息發(fā)布手段 又是一種交通控制策略 目前車外誘導(dǎo)系統(tǒng)主要是通過可變信息板來發(fā)布誘導(dǎo)信息 向駕駛員提供道 路交通狀況信息 路況 擁擠程度 排隊(duì)長度 交通事件等信息 為交通擁擠 路段提供替代路徑 指引駕駛員避開擁擠 使駕駛員選擇最佳路線 達(dá)到路線暢 通 安全行車 目前國內(nèi)外許多城市已有的智能交通系統(tǒng) i t s 中都配有交通誘導(dǎo)系統(tǒng) 而 v m s 也得到了廣泛的運(yùn)用 國內(nèi)外對(duì)動(dòng)態(tài)交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究情況總的來說分為 系統(tǒng)開發(fā) 誘導(dǎo)理論 布點(diǎn)方法三方面 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)及其理論發(fā)展都已相對(duì)比 較成熟 完善 但多停留在靜態(tài)誘導(dǎo)領(lǐng)域 在動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)交通分配理論 仍是一個(gè)難點(diǎn) 1 3 1國外研究現(xiàn)狀 可變信息板在路網(wǎng)交通管理中的作用早已被世界上許多國家所重視 尤其是 美國 英國 日本 澳大利亞等發(fā)達(dá)國家 在美國 v m s 作為一種交通監(jiān)控策略使用已經(jīng)有很長的歷史乜1 2 0 世紀(jì)7 0 年代以后 無論是城市道路 還是高速公路和城市快速路 都已經(jīng)廣泛地使用 s 例如 美國菲尼克斯高速公路管理系統(tǒng)就是1 9 9 0 為亞利桑那州運(yùn)輸部設(shè)計(jì) 了一個(gè)地區(qū)性的高速公路監(jiān)視和控制系統(tǒng) 這一系統(tǒng)包括主線及匝道檢測 閉路 電視監(jiān)控 匝道儀控 可變信息板 首要目標(biāo)是最大限度地利用現(xiàn)有和規(guī)劃中的 高速公路基礎(chǔ)設(shè)施 2 0 0 3 年 由h u y n h n a t h a nc h i u y i c h a n g m a h m a s s a n i h a n is 等人研究提 出并評(píng)價(jià)了在實(shí)時(shí)交通運(yùn)輸管理路網(wǎng)找到可變信息板最佳地點(diǎn)的算法程序 該程 序在一個(gè)相對(duì)短的時(shí)間 找到解決數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的算法 程序靠的是一種啟發(fā)式 引導(dǎo)研究和基于仿真的動(dòng)態(tài)交通分配模型 以評(píng)估算法的有效性 為對(duì)所建立的 算法和程序進(jìn)行評(píng)估 在美國的沃斯堡進(jìn)行了四套實(shí)驗(yàn) 最終證實(shí)了算法的有效 性嘲 英國在v m s 信息發(fā)布方面做了大量的研究 m i l l e r 等人研究v m s 發(fā)布信息 最大相位不應(yīng)超過兩個(gè) 他們提議用單相位 原因是駕駛員反映 當(dāng)有大量擁堵 車輛停在視線范圍內(nèi) 了望條件不好 其他分心的東西存在或者信息板放在相對(duì) 4 第1 章緒論 的一側(cè)時(shí) 很難讀多屏信息 d u d e k 等人在1 9 8 1 年做了一系列的v m s 發(fā)布頻率 的實(shí)驗(yàn) 他提出這樣的問題 一個(gè)兩相位信息到底應(yīng)該以慢的頻率發(fā)布以便駕駛 員駛過時(shí)可以讀取一次信息 還是以快的頻率顯示以便駕駛員駛過時(shí)可以讀取兩 次信息 在他做的眾多實(shí)驗(yàn)中 其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)表明 對(duì)兩相位信息 最多4 個(gè)字 或兩個(gè)單位的信息可以以每秒兩個(gè)字的速度最快顯示 而沒有任何損失 在另一 個(gè)實(shí)驗(yàn)中 他利用模擬交通負(fù)荷條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 目的是確定重復(fù)發(fā)布信息和不重 復(fù)發(fā)布有何不同 基于他在實(shí)驗(yàn)中的分析表明 在一個(gè)相位中即使有足夠的時(shí)間 重復(fù)顯示信息 也沒有必要重復(fù)顯示 雖然重復(fù)顯示的確比不重復(fù)更能保證使駕 駛員看清信息 但是在相位時(shí)間有限的情況下 重復(fù)顯示就意味著顯示時(shí)間被縮 短 所以重復(fù)的優(yōu)點(diǎn)被簡短的顯示時(shí)間這一缺點(diǎn)抵消h 日本是最早在城市快速路交通管理中使用可變信息板的國家之一 其研究和 應(yīng)用水平相當(dāng)成熟 日本對(duì)v m s 的布設(shè)位置一般根據(jù)實(shí)際地形 經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)氐耐?地利用布局進(jìn)行安裝 v m s 通常設(shè)置在路口以前適當(dāng)位置 使駕駛員在看到標(biāo)志 之后行駛至路口之前有足夠的反映時(shí)間 日本在快速道路網(wǎng)使用v m s 的典型例子就是東京的首都快速道路交通控制 系統(tǒng) 在7 0 年代 開始使用的是文字式v m s 后來到了8 0 年代 使用圖形式v m s 以圖形的方式來動(dòng)態(tài)顯示路網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)水平等交通信息 對(duì)交通實(shí)施誘導(dǎo) 到了 9 0 年代 系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供行程時(shí)間 擁擠警告 通過擁擠區(qū)域所需時(shí)間等信 息 使得道路使用者和道路管理者對(duì)緊急事件的響應(yīng)更加迅速 更加靈活 高架橋上使用的圖形式v m s 分為兩類 大板和小板 小板設(shè)置在大板之前 以保證駕駛員能夠正確理解大板的內(nèi)容 標(biāo)志的固定信息部分采用反光材料 動(dòng) 態(tài)部分 道路的交通狀況 則用l e d 點(diǎn)陣表示 其中紅色表示堵塞 橙色表示擁 擠 紅閃的 x 表示事故 紅 x 表示道路關(guān)閉 路網(wǎng)由一定數(shù)量的路段單元 組成 每個(gè)路段單元表示的實(shí)際路段長度約為1 公里 信息刷新周期為1 分鐘陌1 目前 以規(guī)范圖形來設(shè)計(jì)v m s 用顏色來表示路網(wǎng)中的服務(wù)水平已成為日本的國 家標(biāo)準(zhǔn) 2 0 0 5 年 澳大利亞w o n j a i m u l e e s o o i1 l e e s o o b e o m 等人提出基于遺 傳算法以延誤最小來確定可變信息板的最佳布設(shè)地點(diǎn) 根據(jù)對(duì)成本與效益進(jìn)行經(jīng) 濟(jì)分析得出可變信息板的最佳布設(shè)數(shù)目 為了反應(yīng)實(shí)時(shí)狀況 仿真考慮了交通量 的變化 事件發(fā)生頻率和持續(xù)時(shí)間 以及交通轉(zhuǎn)換瞄吲 1 3 2 國內(nèi)交通流誘導(dǎo)系統(tǒng) 我國從2 0 世紀(jì)8 0 年代中期開始建設(shè)高速公路 1 9 8 8 年突破零的歷史 并 5 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 開始在沈大等高速公路中使用v m s 進(jìn)人9 0 年代后 國內(nèi)愈加重視高速公路和 城市快速路的交通監(jiān)控和管理 v m s 也得到了更大范圍的應(yīng)用 從理論研究方面 來看 我國的v m s 系統(tǒng)研究和開發(fā)處于起步階段 已有學(xué)者進(jìn)行了有關(guān)理論研究 如同濟(jì)大學(xué)的楊佩昆 陳建陽等學(xué)者提出了動(dòng)態(tài)路線導(dǎo)行系統(tǒng) 此外還有上?？?委 八五 重點(diǎn)項(xiàng)目 上海交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)行系統(tǒng) 等研究 但是總的來看 與v m s 系統(tǒng)研究密切相關(guān)的交通信息傳輸網(wǎng)絡(luò) 交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)的測試系統(tǒng) 路線引導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)等支持技術(shù)的研究還很薄弱 上海的 申 字型高架道路是該市的主要交通通道 分擔(dān)了全市2 0 以上的 機(jī)動(dòng)車交通 為了保障高架道路網(wǎng)的暢通和安全 引導(dǎo)交通流在路網(wǎng)中更合理的 分布 同濟(jì)大學(xué)與上海市市政工程管理處對(duì)整個(gè)高架道路網(wǎng)的監(jiān)控進(jìn)行了研究 提出了上海市高架道路交通監(jiān)控系統(tǒng)方案 其中的v m s 系統(tǒng)構(gòu)成了監(jiān)控系統(tǒng)中的 a t i s 系統(tǒng) 向駕駛員發(fā)布實(shí)時(shí)的交通誘導(dǎo)信息 延安路高架示范工程中首先在 高架路及相關(guān)地面道路上設(shè)置不同規(guī)模的文字式v m s 或圖形式u s 對(duì)車輛進(jìn)行 多方位實(shí)時(shí)誘導(dǎo) 以緩解高架道路的擁擠程度 充分發(fā)揮其快速道路的作用 上 海外環(huán)線 a 2 0 公路 監(jiān)控系統(tǒng)工程中 安裝a 型情報(bào)板1 9 塊 單色8 塊 雙色9 塊 全彩色2 塊 f 型情報(bào)板1 9 塊 單色1 1 塊 雙色8 塊 口1 北京市二環(huán)路內(nèi)已建成2 9 塊室外顯示屏 2 塊車載移動(dòng)顯示屏 在王府和 西單兩個(gè)主要商業(yè)區(qū)建設(shè)了9 7 塊停車誘導(dǎo)電子顯示牌 控制2 1 個(gè)停車場 3 6 0 0 多個(gè)停車位碡1 國內(nèi)大部分v m s 的安裝位置距交叉口很近 不一定能達(dá)到理想的 誘導(dǎo)效果 尤其是當(dāng)事故很嚴(yán)重或不能迅速處理時(shí) v m s 就不能充分發(fā)揮其誘導(dǎo) 作用 1 3 3 發(fā)展趨勢(shì) 綜上所述 v m s 作為一個(gè)解決動(dòng)態(tài)交通分配問題的設(shè)備 在國內(nèi)外許多城市 得到廣泛的應(yīng)用 但是關(guān)于 s 具體的布點(diǎn) 信息以怎樣的形式發(fā)布的研究都處 在實(shí)驗(yàn)階段 發(fā)達(dá)國家對(duì)v m s 的研究起步較早 也取得了比較顯著的成果 但是 它涉及到的技術(shù)較多 投入較大 僅靠單一的機(jī)構(gòu)來研究開發(fā)是不現(xiàn)實(shí)的 因此 以國家機(jī)關(guān) 民間企業(yè) 特別是汽車 電子企業(yè) 學(xué)術(shù)團(tuán)體緊密配合 通過協(xié)作 完成項(xiàng)目的研究 開發(fā)和實(shí)施是其研究方式的發(fā)展趨勢(shì) 再就是通過信息發(fā)布的 誘導(dǎo)途徑對(duì)駕駛員能起到多大的作用 明顯的與被誘導(dǎo)者的受教育程度 心理以 及行為習(xí)慣等不可控因素有很大的關(guān)系 這也是今后的一個(gè)研究方向 另外 在技術(shù)方面 y m s 在今后發(fā)展中主要解決的問題如下 1 在通訊設(shè)施局部受損或發(fā)生故障的境況下 如何保障信息仍能準(zhǔn)確無誤 6 第1 章緒論 i i i 的發(fā)布 2 如何更簡單的避免b r a e s s 矛盾效應(yīng) 提高系統(tǒng)效率 使路網(wǎng)能被更充 分利用 所謂b r a e s s 矛盾效應(yīng)是指如果被誘導(dǎo)的車輛都接收到相同的交通信息 它們會(huì)被派遣到相同的 以前不擁擠的道路 這條道路可能很快變的擁擠 交通 甚至更糟 3 如何讓信息簡明 清晰 易懂 使之在我國更廣泛的被應(yīng)用 4 如何更有效的使用可變標(biāo)牌 1 4 本文研究的主要意義和內(nèi)容 1 4 1本文研究的意義 城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)和車輛的線路誘導(dǎo)系統(tǒng)是現(xiàn)今城市道路交通流實(shí)時(shí) 管理的兩大主要途徑和手段 隨著一些技術(shù)的成熟 如計(jì)算機(jī)技術(shù) 信息采集 數(shù)據(jù)通信等用戶端和執(zhí)行級(jí)產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用 各種車載設(shè)備 數(shù)字地圖 自動(dòng) 收費(fèi)系統(tǒng) 車輛安全系統(tǒng) 可變標(biāo)志 路邊標(biāo)桿以及先進(jìn)的檢測系統(tǒng)將紛紛投入 使用 為以基于路網(wǎng)實(shí)時(shí)路況信息的車輛線路誘導(dǎo)系統(tǒng)和路網(wǎng)信號(hào)控制系統(tǒng)為中 心的中央控制系統(tǒng)研究和應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 而這一方面恰恰是當(dāng)前研究的 薄弱環(huán)節(jié) 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)當(dāng)前路網(wǎng)上的交通流量和狀況及路網(wǎng)上行 駛的或?qū)⒁M(jìn)入路網(wǎng)的車輛的目的地 經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算 為每輛車提供最佳的行駛 路線 同時(shí)根據(jù)交通參數(shù)的預(yù)測 應(yīng)用基于交通檢測裝置的自動(dòng)判別方法 a c i 實(shí)現(xiàn)道路交通狀況的自動(dòng)判別 向路網(wǎng)中有關(guān)的動(dòng)態(tài)可變信息板發(fā)布誘導(dǎo)信息 使路網(wǎng)上的交通流量均衡 最充分的利用路網(wǎng)的綜合通行能力 達(dá)到縮短輛車行 駛的距離 減少行駛時(shí)間的目的 交通控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)軟件和先進(jìn)的控制理論 通過對(duì)路網(wǎng)上的交通信 號(hào)燈的配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化控制 使路網(wǎng)上的車輛有序流動(dòng) 保證被控范圍內(nèi)道路 的通暢 從控制手段上講 交通控制是通過對(duì)交通信號(hào)燈相位的直接控制 從而 達(dá)到對(duì)車輛的行或停的強(qiáng)行控制 使現(xiàn)有的道路通行能力得到充分的發(fā)揮 減少 交通堵塞的發(fā)生 縮短旅行時(shí)間 目前國內(nèi)的研究大都停留在只研究信號(hào)控制或者是車輛路徑誘導(dǎo) 特別是快 速路匝道的研究就更是如此了 當(dāng)前大多數(shù)的控制研究是將入口匝道控制 主線 控制 輔道控制等分開孤立地進(jìn)行 很少考慮它們的相互影響與相互作用 就更 別談匝道控制和交通誘導(dǎo)相結(jié)合了 7 北京t 業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 本課題研究的對(duì)象為北京市十里河路段 十里河橋位于三環(huán)路東南拐彎處 在它的南邊與京津塘高速路相連 從高速路進(jìn)入三環(huán)路匝道口的車流與從南向東 主路上的車流在此形成交匯點(diǎn) 另外 十里河橋下交通擁堵使得三環(huán)主路車流無 法消散 形成每天交通高峰時(shí)的三環(huán)主路方莊橋到國貿(mào)橋的從南到北的交通擁堵 該路段高峰時(shí)期的交通流為飽和交通流 一旦道路處于飽和狀態(tài) 單純的信 號(hào)控制就無法解決 為了避免該現(xiàn)象的出現(xiàn) 就應(yīng)在此之前向與之相關(guān)的路口發(fā) 布信息 引導(dǎo)車輛不進(jìn)入該路段 北京市三 四環(huán)路上相似結(jié)構(gòu)的路段有十一處 因此 解決好十里河路段交通問題對(duì)于解決快速路的擁堵問題具有普遍意義 1 4 2 本文研究的主要內(nèi)容 本論文以十里河路段為研究背竟 根據(jù)十里河路段的道路結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)施 為緩解交通擁堵研究智能交通控制策略 它包括交通信號(hào)控制 交通信息動(dòng)態(tài)顯 示和交通誘導(dǎo) 主要研究內(nèi)容為 1 首先根據(jù)實(shí)際背景引出了城市快速路匝道的控制和誘導(dǎo)問題 根據(jù)實(shí)際情 況設(shè)計(jì)控制和誘導(dǎo)的總體方案 2 根據(jù)互通立交系統(tǒng)合流區(qū)通行能力模型 以及信號(hào)控制對(duì)道路的基本要 求 分析分鐘寺橋匝道結(jié)構(gòu)特征 確定匝道入口的控制方案 以及為配合控制對(duì) 車道的劃分及誘導(dǎo)牌的設(shè)置 3 根據(jù)十里河地區(qū)路網(wǎng)情況確定感應(yīng)檢測器的個(gè)數(shù)和位置以保障數(shù)據(jù)采集 的合理性 根據(jù)誘導(dǎo)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 確定了基于交通參數(shù)短時(shí)預(yù)測的誘 導(dǎo)系統(tǒng)總體方案 并對(duì)其主要功能 動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)預(yù)處理 短時(shí)交通量預(yù)測以及 道路交通狀態(tài)自動(dòng)判別 a c i 的算法進(jìn)行討論 設(shè)計(jì)各主要算法的流程 最后對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié) 并指出下一步的工作 第2 章快速路入口匝道控制及誘導(dǎo)策略 第2 章快速路入口匝道控制及誘導(dǎo)策略 2 1整體方案的論述 目前對(duì)快速路網(wǎng)的研究 或者側(cè)重于匝道控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 或者偏重于路 線誘導(dǎo) 一般很少考慮這兩種控制策略對(duì)系統(tǒng)的綜合影響 在正常繁重的交通需 求下 通過匝道控制能緩解快速路的擁擠狀況 提高快速路的性能 但當(dāng)快速路 受突發(fā)事件 高峰小時(shí)大流量沖擊時(shí) 匝道控制對(duì)緩解交通擁擠的能力就有限了 如果僅采用匝道控制或路線誘導(dǎo) 效果不一定理想 只有同時(shí)采用兩種控制策略 才能解決問題 本課題研究的十里河路段正是高峰時(shí)間交通流量處于飽和 解決 該問題的方法為匝道控制和交通誘導(dǎo)相結(jié)合的智能控制 其解決方案框架結(jié)構(gòu)如 圖2 1 所示 圖2 1智能控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)簡略圖 f i g 2 1i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e ma r c h i t e c t u r eb r i e fm a p 2 1 1京津塘高速與三環(huán)交匯路段交通狀況 三環(huán)路是北京重要的交通主干道之一 每天約有6 0 9 6 的車輛經(jīng)過 分鐘寺橋 位于東三環(huán)與南三環(huán)交界處 即是京津塘高速的起始點(diǎn) 也是終點(diǎn) 道路結(jié)構(gòu)如 圖2 2 所示 雖然分鐘寺橋附近住宅小區(qū)不多 但是周邊家具城及建材城較多 在大力開發(fā)南城的口號(hào)下 由此再往西南建設(shè)了許多大型住宅小區(qū) 這里居住的 9 至三些奎莖三莖些圭 蘭 苫 圖2 2 分鐘寺橋至十里河橋周邊道路 f i 9 2 2s u r r o u n d i n gr o a d s f r o m f c n z h o n g s ib r i d g e t os h i l i h e b r i d g e 大多都是年輕人 并在北部地區(qū)上班 他們都是開車族 另外京津塘高速在此匯 合進(jìn)入三環(huán)路 過往車輛眾多 駕駛員對(duì)此地區(qū)路況不熟悉 再由于地理環(huán)境和 道路設(shè)計(jì)的不合理 分鐘寺橋的輔路不是緊靠主路 而是繞行 雖然從分鐘寺橋 到十里河橋走主路和輔路分別約為11 2 公里和1 3 2 公里 相差不多 但是該路 段標(biāo)志不清晰讓司機(jī)感到不安 幾乎選擇主路行駛 車輛只要上主路 就只有過 了分鐘寺橋以后 才有出口上輔路 而分鐘寺橋下橋與十里河上橋之間只有大約 5 0 多米 再加上經(jīng)過此處的公交車線路多達(dá)2 0 幾條 在此并道 造成直行的車 輛無法行走 被堵在后面 另外從京津塘高速下來的車輛要進(jìn)入三環(huán)主路 行成 堵塞 圖2 3 為實(shí)景拍攝的交通擁堵狀況 圖24 為擁堵示意圖 圖2 3 分鐘寺橋交通擁堵實(shí)景拍攝圖 f i 9 2 3 t r a f f i c j a r a s l i v e m a p o f f e n z h o n g s i b r i d g e 耄譬詈蘭全 暑耋 篁墨譬 圖2 1 4 分鐘寺橋交通擁堵示意圖 f i 9 2 4 t r a f l l c j a m ss c h e m a t i c d i a g n u no f 岫f e n 曲o n g s i 刪d 肚 分鐘寺周一至周五擁堵時(shí)段為早高峰 并且持續(xù)時(shí)間長 主要是上班出行造 成的 周末多從上午十點(diǎn)左右開始 這是北京市民到此購買家具造成的 2 1 2 分鐘寺橋匝道結(jié)構(gòu)特征 分鐘寺橋路段京津塘高速路與三環(huán)快速路采用的是常見的高架橋聯(lián)結(jié)方式 即互通立交系統(tǒng) 圖2 5 為互通立交系統(tǒng)上匝道合流區(qū)示意圖 圈2 5 互通立交系統(tǒng)上匝道合流區(qū)示意圖 f i g 2 5 i n t e m h a o g es y s t e mr a m pc o n v e r g e n c ez o n es c h c m a t i c d i a g r a m 北京t 業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 合流區(qū)內(nèi)交通流量無論如何分布其必須遵循如下約束條件婦1 1 車輛轉(zhuǎn)化車道時(shí) 目標(biāo)車道有足夠的安全車頭時(shí)距 2 每一車道的交通量不能超過該車道作為同等道路條件的基本路段的通行 能力 b f c 3 匝道交通量不超過匝道通行能力 r c 并且匝道車輛匯入交通量不能超過 最大匯入能力c 一 c m 戤 j c x c l x 2 1 其中 c 石 k o f f t x g o x d x 2 2 式中 工 加速車道長度 c z 匝道合流區(qū)加速車道x 處能匯入主路l 車道的最大交通量即通行 能力 g f x 主干道車流間隔為t 時(shí)上匝道合流區(qū)加速車道x 處車流能夠匯入 主路的交通流 f t x 上匝道合流區(qū)主線1 車道x 出車頭時(shí)距分布的概率密度函數(shù) k x 上匝道合流區(qū)主線1 車道x 處的交通流 這些約束變量如圖2 6 所示 圖2 6 互通立交系統(tǒng)合流區(qū)交通量示意圖嘲 f 培 2 6m a r i es c h e m a t i cd i a g r a mo fi n t e r c h a n g es y s t e mr a m pc o n v e r g e n c ez o n e 互通立交系統(tǒng)合流區(qū)通行能力模型為線性規(guī)劃模型阻3 c m a x 咯1 2 l 珞2 1 2 第2 章快速路入口匝道控制及誘導(dǎo)策略 r c c 一 咋l b f c 2 b f c 咋1 2 咋2 b f c 珞l l b f c 咋l 咋1 2 咋 b f c 式中 互通立交合流區(qū)上游主路1 車道的交通流量 互通立交合流區(qū)上游主路2 車道的交通流量 互通立交合流區(qū)匝道的交通流量 咋 合流區(qū)內(nèi)主路1 車道變換車道匯入2 車道的交通量 職 主路1 車道沒有變換車道的交通量 k f 匝道匯入合流區(qū)1 車道的交通量 由此可見分鐘寺橋京津塘高速路匝道匯合路口為可控匝道 最佳控制方案采 用分段控制 當(dāng)c 幻嗍時(shí) 不控制 當(dāng)c k c m 缸時(shí) 采用控制 由于經(jīng)過分鐘寺橋的車輛 有很大部分是去往該地區(qū)家具市場的 必須經(jīng)過 十里河橋下的交叉口 該交叉路口的結(jié)構(gòu)不合理嚴(yán)重的影響車輛通行 擁堵嚴(yán)重 常常使得三環(huán)主路的車輛出主路難 出現(xiàn)車流回益現(xiàn)象 如果僅對(duì)分鐘寺橋匝道 采取控制而不對(duì)三環(huán)主線控制 那么匝道上的車輛排隊(duì)長度會(huì)較長 影響京津塘 高速路的通行能力 因此采用對(duì)匝道和部分主線車道采取控制 三環(huán)主線只對(duì)外 側(cè)兩條道路進(jìn)行信號(hào)控制 而中間兩條車道不受控 始終保持通行 中間用白實(shí) 現(xiàn)隔開 控制方案為兩相位模糊控制 在對(duì)快速路主干道路進(jìn)行信號(hào)控制時(shí)一定要注意以下問題 主干道是否有 足夠的停車空間 車道標(biāo)示一定清晰 駕駛員不易產(chǎn)生違章行為 對(duì)這種特 殊路段一定要有明顯易懂的引導(dǎo)標(biāo)示 引導(dǎo)牌一定要簡單明了 不易產(chǎn)生誤解 本文采用三級(jí)預(yù)報(bào)逐級(jí)引導(dǎo) 圖2 7 為現(xiàn)行的京津塘高速出口與三環(huán)交匯點(diǎn)實(shí)拍圖 從圖中可見 為了避 免三環(huán)主路車輛與高速路出口進(jìn)入三環(huán)的車輛發(fā)生沖突 在此之前三環(huán)路行駛車 道已由四車道變成三車道 實(shí)際上已造成此路段最大允許車流量減少 阻礙了三 蠆 鑾莖 鑾圭莖簍蘭圭 環(huán)路暢通行駛 在改為信號(hào)控制后 將此車道作為停車等待通行信號(hào)區(qū)域 由此 可見 三環(huán)主干道有足夠的停車空間 因此 可以設(shè)置信號(hào)控制裝置 對(duì)匝道和 部分主線進(jìn)行兩相位分時(shí)段控制 圖2 7 京律塘高速出口與三環(huán)交匯點(diǎn)實(shí)拍圖 f i g2 7 l i v e 呲po f m e e f i 雌p o h l t o f e x p o r th i 加 刪b e 0 g 幣柚j l n 抽 m d t h e t h i r d r i n g 圖2 8 為改進(jìn)后的京津塘高速入口匝道控制示意圖 在三環(huán)主路和高速路八 r a 匝道分別設(shè)置信號(hào)控制 采用分段控制 當(dāng)c 虹曲時(shí) 不控制 減少停車次 數(shù) 當(dāng)c 虹一時(shí)采用兩相位綠燈延時(shí)模糊控制 匣2 8 改進(jìn)后的京津塘高速入口匝道控制示意圖 f i g 2 g i m p r o v e dr a m pc o n h o ld i a g r a mo f h i g h s p e e d 8 e i j i n g t i 刪i n t a n g g u 2 13 動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)信息牌的設(shè)置 從圖2 9 可以看到 在分鐘寺橋周邊沒有可利用的道路對(duì)主路車輛進(jìn)行分 1 4 盞 譬盒 暑 量 流 特別是從南三環(huán)去往東三環(huán)的輔路被京津塘高速路隔開 要解決該路段交通 擁堵問題只能采用將匝道控制和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可變信息牌的群體誘導(dǎo)相結(jié)臺(tái)的智能 控制方法 引導(dǎo)車輛避開擁擠路段 充分利用其它可選路徑的剩余通行能力 加速 已有的排隊(duì)消散和減少不必要的匝道捧隊(duì) 本文的匝道控制主要是指京津塘高速 進(jìn)入三環(huán)的匝道與主線相結(jié)合的模糊控制 調(diào)節(jié)進(jìn)入快速路的車流量 h t 1 1 h 0 1 i r 圖2 9 分鐘寺至十里河周邊路網(wǎng) f i g e 2 9 t h es t n m t m d i n gr o a d n e t w o r k f r o mf c n z l l o n g s i i o s h i l i h e 為了疏導(dǎo)高峰時(shí)期的交通流 緩解交通的擁堵狀況 現(xiàn)將十里河路段劃分為 三個(gè)區(qū)域 即三環(huán)主路 京津塘高速路以及其周邊路兩 交通誘導(dǎo)牌主要設(shè)置在周邊道路的交叉口前和京律塘高速路段 如蒲方路 口 紫芳路口 左安門橋下交叉路口以及二環(huán)路主路上 京津塘高速出口 通往 五環(huán)和四環(huán)路口前 該信息牌上顯示兩類信息 分鐘寺橋至華威橋交通狀況 暢 通 輕微擁堵 中度擁堵和嚴(yán)重?fù)矶?通過此路段預(yù)計(jì)旅行時(shí)間 但不顯示 最佳選擇路徑 因?yàn)樵摰貐^(qū)沒有聯(lián)網(wǎng)的城市干道 都是一些次干道 一旦提供最 佳路徑就不可避免地出現(xiàn)b r a e s s 矛盾效應(yīng) 造成新的擁堵點(diǎn) 2 2 快速路匝道控制 2 21 快速路匝道控制方法綜述 入口匝道控制方法按自動(dòng)控肯悝論可分為傳統(tǒng)控制和智能控制 按入口匝道 1 5 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 宣i i i i i i i i ii i i i i i i i i i i 萱i i i i i i i i i i i i 置i i i i i i i i i i 鼉 控制是否響應(yīng)實(shí)時(shí)的交通狀況 可把入口匝道控制分為定時(shí)控制 f i x e d t i m e s t r a t e g i e s t i m e o f d a yc o n t r 0 1 和交通感應(yīng)控制 t r a f f i cr e s p o n s i v e c o n t r 0 1 兩大類 0 1 1 定時(shí)控制 定時(shí)控制的入口調(diào)節(jié)率是固定的或是根據(jù)一天內(nèi)各時(shí)段的 變化而預(yù)先設(shè)定的 不需要實(shí)時(shí)的交通信息 通常根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估算得到的 早在1 9 6 5 年w a t t l e w o r t h 就提出定時(shí)控制方法n 們 其基本思想是以快速路 主路上的交通量不超過其通行能力為約束 流入快速路的交通量最大為目標(biāo)函 數(shù) 該法將快速路分為n 段 每段最多只有一個(gè)入口匝道和一個(gè)出口匝道 第j 個(gè)路段流量g 的穩(wěn)態(tài)模型為 g i 1 刀 2 3 i 0 最優(yōu)控制策略如下 m a x j 2 4 j 1 s t a p q c a r w 式中吒 入口匝道調(diào)節(jié)率 r n u n j 馘 口 在匝道f 進(jìn)入快速路并通過路段 的車輛比例 因此o a t 1 q c a p 第j 個(gè)路段的通行能力 r m i n f 第j 個(gè)入口匝道最小調(diào)節(jié)率 第j 個(gè)入口匝道最大調(diào)節(jié)率 此方法建模簡單 計(jì)算方便 但只是一種理想的數(shù)學(xué)模型 沒有考慮交通量 隨時(shí)間變化的影響 不具實(shí)用性 2 交通感應(yīng)控制由于入口匝道定時(shí)控制的局限性 許多學(xué)者開始研究 可以適應(yīng)交通狀況變化的交通感應(yīng)控制 其控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2 1 0 所示 交 通感應(yīng)控制通過對(duì)快速路的交通參量 流量 占有率 速度 進(jìn)出口匝道排隊(duì)長 度等 進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測 利用檢測到的實(shí)時(shí)交通信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)閉環(huán)最優(yōu)控制 交通 感應(yīng)控制可分為需求一容量控制 占有率控制和可接受間隙匯合控制3 類n 1 1 在 此只討論前兩類 1 f 第2 章快速路入口匝道控制及誘導(dǎo)策略 口一 d 一 一 旦 t i n j 壁 鏨螢龜 一旦 一 一 凸一 d 夕 圖2 一1 0 入口匝遭交通感廈控制系統(tǒng) f i g 2 10r a m pt r a f f i cs e n s o rc o n t r o ls y s t e m 需求一容量控制 需求一容量控制是以交通量為控制參量 通過調(diào)節(jié)進(jìn)入快速路的交通量 七 使得進(jìn)入快速路的交通量r k 與上游交通量g 加 尼 之和不超過匝道下游的通行 能力q 泖 即 尼 g 唧一日加 后 從而保證下游主路交通量維持在其通行能力g 印 的負(fù)領(lǐng)域內(nèi) 以最大限度地利用快速路 需求一容量控制策略在北美等國家得到廣泛應(yīng)用 其典型算法如下n 幻 嗽 卜 g d鄉(xiāng) 如仃 2 5 r m i a e l s e 式中 口刪 為下游測量得到的占有率 d 為下游臨界占有率 此時(shí)對(duì)應(yīng)的交通流量最大 該控制策略使匝道下游主路交通量始終維持在其通行能力日 的負(fù)領(lǐng)域內(nèi) 當(dāng)下游占有率d 超過下游臨界占有率d 時(shí) 采用最小調(diào)節(jié)率 顯然 該控制 方法不是一個(gè)閉環(huán)反饋策略而是一個(gè)開環(huán)擾動(dòng)抑制策略 對(duì)外在不可測量的擾動(dòng) 非常敏感 占有率控制 a l i n e a 是最有代表性的占有率控制方法n 1 3 1 它是一種基于經(jīng)典閉環(huán)反饋控 制的匝道控制策略 其算法如下 后 七一1 五0 1 6 一d 七一1 l 2 6 1 7 東囂器器罱器燈標(biāo)測測測測測導(dǎo)告縫撿縫撿撿縫信警車入出隊(duì)縫臺(tái)節(jié)制溶撿縫竄王匯璃控 匝渤回q回 昔 北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 式中 后 后時(shí)刻入口匝道調(diào)節(jié)率 6 匝道下游期望占有率 一般來說它等于臨界占有率或略小于臨界 占有率 o k 一1 前一時(shí)刻下游占有率 k 尺 調(diào)節(jié)參數(shù) 根據(jù)p a r a g e o g i o u 研究表明 k r 值的大小對(duì)系統(tǒng)性能是有影響的 k r 值越 大 系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度就越快 但調(diào)節(jié)率波動(dòng)越大 反之 k r 值越小 系統(tǒng)調(diào)節(jié)速 度就越慢 但調(diào)節(jié)率波動(dòng)越小 當(dāng)k r 7 0 v e b h r 時(shí)可以得到最佳控制效果n 2 1 研究還表明 即使k 值在很大范圍內(nèi)變動(dòng)系統(tǒng)也能保持一個(gè)良好的性能 說明 a l i n e a 算法的魯棒性較好 該控制算法實(shí)現(xiàn)簡單 只需要一個(gè)下游檢測器 算法中參數(shù)6 的值可由實(shí)際 檢測到的占有率流量曲線得到 控制方式比較平緩 當(dāng)下游占有率超過期望占有 率時(shí) 就降低入口匝道調(diào)節(jié)率 反之 就增加入口匝道調(diào)節(jié)率 但是這種方法只考慮控制某一種交通狀態(tài) 如a l i n e a 控制方法只是對(duì)占有 率進(jìn)行控制 使其能夠達(dá)到期望值 交通流量一通行能力控制策略也只是通過對(duì) 于道上的流量進(jìn)行控制來保證對(duì)干道容量的充分利用 高速公路上的交通狀態(tài)如 車流速度 密度 流量 匝道排隊(duì)長度等等都是相互影響的 只考慮某一種狀態(tài) 會(huì)影響控制效果 因此感應(yīng)控制方法對(duì)高速公路上 由意外事件引起的偶發(fā)性擁 擠的控制效果不明顯 3 動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制能夠很好地解決上述問題 j a y a k r i s h n a n 和l e v i n s o n 用這種方法對(duì)高速公路交通狀態(tài)進(jìn)行控制n 4 1 6 1 仿真 結(jié)果表明 該方法對(duì)突發(fā)性交通事故的控制效果非常顯著 其主要控制策略是以 交通通行能力為約束條件 將主線交通流密度限制在臨界密度的負(fù)鄰域內(nèi) 以總 行程時(shí)間最小化為目標(biāo)函數(shù)的非線性最優(yōu)控制 也有人選用其它的控制策略 把 行程時(shí)間 排隊(duì)和限速作為約束條件 如考慮一條包含n 個(gè)路段的高速公路 其 動(dòng)態(tài)交通最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)可以寫成 j 目 反 七 v