快速道路可變限速控制技術(shù).pdf

1、隨著機(jī)動(dòng)化交通需求迅速增長(zhǎng)，快速道路上出現(xiàn)了一系列嚴(yán)重的交通擁堵及安全問(wèn)題?？茖W(xué)合理的限速值能夠使駕駛員車速保持在當(dāng)前道路交通環(huán)境下安全范圍以內(nèi)，但傳統(tǒng)快速道路限速值確定方法無(wú)法在變化的道路交通環(huán)境下為駕駛員提供安全合理的限速值，其本質(zhì)屬于靜態(tài)限速方法?？焖俚缆房勺兿匏倏刂萍夹g(shù)通過(guò)先進(jìn)的交通流參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前交通流狀態(tài)進(jìn)行判別，基于一定的控制策略自動(dòng)對(duì)限速值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)交通流運(yùn)行進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，實(shí)現(xiàn)改善通行效率及提

2、升行車安全的目的，其本質(zhì)是一種動(dòng)態(tài)限速方法。
　　作為一種新興的快速道路主線交通控制技術(shù)，可變限速近年來(lái)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并在工程實(shí)踐中取得了一定效果。但目前針對(duì)可變限速關(guān)鍵理論問(wèn)題研究較少，尚未建立起完善的可變限速控制理論基礎(chǔ)，嚴(yán)重制約著這一新興技術(shù)的發(fā)展。論文研究的開(kāi)展有助于加深理解可變限速控制對(duì)交通流影響機(jī)理，了解控制理論與控制算法對(duì)于可變限速控制效果的影響，并認(rèn)識(shí)可變限速控制對(duì)于改善快速道路交通安全與通行效率的效果。

3、從工程應(yīng)用角度來(lái)看，論文研究有助于提升我國(guó)快速道路交通管理水平，改善快速道路上存在的嚴(yán)峻交通問(wèn)題，具有重要工程應(yīng)用價(jià)值。
　　論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金(No.51322810)，采用歐洲、美國(guó)和我國(guó)相關(guān)數(shù)據(jù)，從機(jī)理、技術(shù)、效果、實(shí)例四方面出發(fā)，對(duì)可變限速控制技術(shù)中關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探索與研究。論文首先對(duì)可變限速控制對(duì)交通流影響機(jī)理進(jìn)行研究，其次建立可變限速控制下交通流仿真計(jì)算模型，并提出可變限速控制策略與優(yōu)化算法，之后對(duì)

4、可變限速改善快速道路交通安全與通行效率的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最后針對(duì)我國(guó)快速道路交通環(huán)境特征驗(yàn)證可變限速控制效果，并為工程實(shí)踐中限速標(biāo)志布設(shè)優(yōu)化問(wèn)題提供解決方法。論文的主要研究?jī)?nèi)容可以具體分為如下幾個(gè)方面:
　　首先，根據(jù)快速道路可變限速控制下真實(shí)交通流數(shù)據(jù)，分析可變限速對(duì)交通流的影響機(jī)理。分析可變限速控制下車頭時(shí)距分布、車輛速度分布及駕駛員對(duì)限速值遵從度等特征，研究可變限速控制對(duì)于關(guān)鍵交通流參數(shù)以及對(duì)交通流基本圖的影響，并分析可變

5、限速控制對(duì)快速道路瓶頸路段通行效率的影響機(jī)理。通過(guò)對(duì)快速道路交通流與交通安全間相關(guān)性進(jìn)行研究，分析可變限速控制對(duì)交通安全的影響機(jī)理。
　　其次，對(duì)可變限速控制下交通流仿真計(jì)算模型進(jìn)行研究，分析可變限速控制下交通流仿真計(jì)算中關(guān)鍵問(wèn)題，建立基本元胞傳輸模型并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與二次開(kāi)發(fā)，對(duì)快速道路瓶頸路段通行能力下降現(xiàn)象、擁堵交通流時(shí)走時(shí)停現(xiàn)象以及不同駕駛員遵從度下可變限速對(duì)交通流的影響進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，提出可變限速控制下改進(jìn)元胞傳輸模型的參數(shù)

6、標(biāo)定與驗(yàn)證方法，并進(jìn)行實(shí)例分析。
　　第三，將可變限速優(yōu)化控制分為單目標(biāo)優(yōu)化與多目標(biāo)優(yōu)化兩類，分別提出可變限速控制策略優(yōu)化算法。建立基于遺傳算法的單目標(biāo)可變限速控制策略優(yōu)化方法，算法在進(jìn)化過(guò)程中尋求優(yōu)化問(wèn)題的系統(tǒng)最優(yōu)解;建立基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的單目標(biāo)可變限速優(yōu)化控制算法，對(duì)智能體進(jìn)行大量訓(xùn)練使其掌握不同交通流狀態(tài)下最優(yōu)限速策略;將多目標(biāo)優(yōu)化理論與多目標(biāo)可變限速控制相結(jié)合，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化控制問(wèn)題的帕累托解集進(jìn)行求解計(jì)算，并

7、分析帕累托前沿的分布特征。
　　第四，提出面向快速道路交通安全調(diào)控的可變限速優(yōu)化控制方法，重點(diǎn)針對(duì)常發(fā)擁堵孤立瓶頸路段以及連續(xù)瓶頸路段兩類道路設(shè)施，分別建立實(shí)時(shí)交通事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，提出可變限速控制策略，采用遺傳算法以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法對(duì)可變限速控制效果進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)兩種算法的優(yōu)化控制效果及適用范圍進(jìn)行對(duì)比。
　　第五，提出面向快速道路通行效率改善的可變限速優(yōu)化控制方法，首先提出改進(jìn)的可變限速反饋控制算法，針對(duì)入口匝道孤立瓶頸路

8、段分析其控制效果。之后分析基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的可變限速優(yōu)化控制效果，并對(duì)比反饋算法與強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法在控制機(jī)理及控制效果方面的差異。針對(duì)快速道路不同交通瓶頸路段，分析可變限速與匝道控制算法的效果，提出可變限速與匝道協(xié)調(diào)控制算法，建立不同路段及交通流情況下最優(yōu)算法選擇方法。
　　第六，針對(duì)多目標(biāo)可變限速控制優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究，提出旨在同時(shí)改善快速道路交通安全與通行效率的可變限速控制策略，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)多目標(biāo)可變限速控制的帕累托解集進(jìn)行求解

9、計(jì)算，分析帕累托解集在各優(yōu)化目標(biāo)的控制效果，并分析不同限速標(biāo)志布設(shè)及駕駛員遵從度情況下帕累托前沿分布特征，為最優(yōu)策略選擇提供決策支持。
　　第七，針對(duì)面向我國(guó)快速道路的可變限速控制進(jìn)行實(shí)例分析，對(duì)我國(guó)快速道路設(shè)施特征、交通流運(yùn)行規(guī)律及交通擁堵生成機(jī)理進(jìn)行分析，提出面向我國(guó)快速道路交通環(huán)境的可變限速控制方案，根據(jù)采用我國(guó)數(shù)據(jù)標(biāo)定后的元胞傳輸模型，仿真分析可變限速控制策略對(duì)于減少我國(guó)快速道路通行時(shí)間及事故風(fēng)險(xiǎn)的效果，并與以往控制策略的