快速道路可變限速控制技術(shù).pdf

1、隨著機(jī)動化交通需求迅速增長，快速道路上出現(xiàn)了一系列嚴(yán)重的交通擁堵及安全問題。科學(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)通過先進(jìn)的交通流參數(shù)自動檢測技術(shù)，基于實(shí)時數(shù)據(jù)對當(dāng)前交通流狀態(tài)進(jìn)行判別，基于一定的控制策略自動對限速值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對交通流運(yùn)行進(jìn)行主動干預(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。但目前針對可變限速關(guān)鍵理論問題研究較少，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。論文研究的開展有助于加深理解可變限速控制對交通流影響機(jī)理，了解控制理論與控制算法對于可變限速控制效果的影響，并認(rèn)識可變限速控制對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)用角度來看，論文研究有助于提升我國快速道路交通管理水平，改善快速道路上存在的嚴(yán)峻交通問題，具有重要工程應(yīng)用價值。
　　論文依托國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金(No.51322810)，采用歐洲、美國和我國相關(guān)數(shù)據(jù)，從機(jī)理、技術(shù)、效果、實(shí)例四方面出發(fā)，對可變限速控制技術(shù)中關(guān)鍵問題進(jìn)行探索與研究。論文首先對可變限速控制對交通流影響機(jī)理進(jìn)行研究，其次建立可變限速控制下交通流仿真計算模型，并提出可變限速控制策略與優(yōu)化算法，之后對

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)行評價分析，最后針對我國快速道路交通環(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)化問題提供解決方法。論文的主要研究內(nèi)容可以具體分為如下幾個方面:
　　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)，分析可變限速對交通流的影響機(jī)理。分析可變限速控制下車頭時距分布、車輛速度分布及駕駛員對限速值遵從度等特征，研究可變限速控制對于關(guān)鍵交通流參數(shù)以及對交通流基本圖的影響，并分析可變

5、限速控制對快速道路瓶頸路段通行效率的影響機(jī)理。通過對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交通安全的影響機(jī)理。
　　其次，對可變限速控制下交通流仿真計算模型進(jìn)行研究，分析可變限速控制下交通流仿真計算中關(guān)鍵問題，建立基本元胞傳輸模型并對其進(jìn)行改進(jìn)與二次開發(fā)，對快速道路瓶頸路段通行能力下降現(xiàn)象、擁堵交通流時走時?，F(xiàn)象以及不同駕駛員遵從度下可變限速對交通流的影響進(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)化過程中尋求優(yōu)化問題的系統(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)遺傳算法對多目標(biāo)優(yōu)化控制問題的帕累托解集進(jìn)行求解計算，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)時交通事故風(fēng)險預(yù)測模型，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)算法對可變限速控制效果進(jìn)行優(yōu)化，并對兩種算法的優(yōu)化控制效果及適用范圍進(jìn)行對比。
　　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，針對多目標(biāo)可變限速控制優(yōu)化問題進(jìn)行研究，提出旨在同時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)遺傳算法對多目標(biāo)可變限速控制的帕累托解集進(jìn)行求解

9、計算，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，針對面向我國快速道路的可變限速控制進(jìn)行實(shí)例分析，對我國快速道路設(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于減少我國快速道路通行時間及事故風(fēng)險的效果，并與以往控制策略的