快速路入口匝道及其銜接交叉口協(xié)調(diào)優(yōu)化控制理論與實(shí)施方法研究.pdf

1、本報(bào)告立足于緩解快速路入口匝道及其銜接交叉口的交通問題，以快速路入口匝道及其銜接交叉口的交通流為研究對象，通過分析該銜接區(qū)域影響范圍內(nèi)的交通流運(yùn)行特征，研究交叉口信號控制、匝道調(diào)節(jié)、區(qū)域交通流誘導(dǎo)的運(yùn)行機(jī)理，構(gòu)建城市快速路及其銜接交叉口的交通協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型并求解，提出不同交通狀態(tài)不同目標(biāo)下的交通協(xié)調(diào)控制策略及實(shí)施技術(shù)。本報(bào)告主要研究內(nèi)容：(1)快速路入口匝道及其銜接交叉口的交通流運(yùn)行特征分析本報(bào)告研究城市快速路入口匝道及

2、其銜接交叉口的交通流特性，基于上匝道交通狀態(tài)及其銜接交叉口關(guān)聯(lián)車道流的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，通過現(xiàn)象分析其本質(zhì)，為協(xié)調(diào)優(yōu)化控制提供數(shù)據(jù)分析和策略依據(jù)。(2)入口匝道及其銜接交叉口區(qū)域的交通控制機(jī)理研究快速路入口匝道及其銜接交叉口的交通流控制方法包括匝道調(diào)節(jié)、快速路速度引導(dǎo)、交叉口信號控制、區(qū)域交通流誘導(dǎo)等常用的控制手段，其中前三者主要是調(diào)整交通流在時(shí)間上的分布，而交通流誘導(dǎo)主要是在空間上均衡道路網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的交通流。本報(bào)告分析各交通控

3、制方法的運(yùn)行機(jī)理，研究它們之間的協(xié)調(diào)交互，為協(xié)同控制的實(shí)施技術(shù)提供基礎(chǔ)。(3)入口匝道及其銜接交叉口交通流協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型構(gòu)建與求解通過分析匝道調(diào)節(jié)、交叉口信號控制、區(qū)域交通流誘導(dǎo)的運(yùn)行機(jī)理和耦合作用，集成信號控制模型和動(dòng)態(tài)交通分配，對入口匝道及其銜接交叉口作用區(qū)域的交通流建立全局最優(yōu)交通模型，研究簡單實(shí)用可靠的求解算法。(4)交通協(xié)調(diào)控制策略及實(shí)施技術(shù)對于快速路入口匝道及其銜接交叉口區(qū)域的交通流運(yùn)行狀況，可能存在快速路

4、主線擁堵、入口匝道排隊(duì)過長、交叉口間車流擁堵等不同交通狀態(tài)，因此，需要針對不同的交通狀態(tài)、不同的擁堵地點(diǎn)，設(shè)立不同的交通控制目標(biāo)，實(shí)施相應(yīng)的有效協(xié)同控制策略，制定匝道調(diào)節(jié)、交叉口信號控制、區(qū)域交通流誘導(dǎo)的聯(lián)動(dòng)實(shí)施方案。主要成果總結(jié)為以下幾點(diǎn)：(1)以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)新性提出基于上匝道交通狀態(tài)及其銜接交叉口強(qiáng)關(guān)聯(lián)車道流的綜合分析方法，并應(yīng)用于宛平南路出入口匝道及宛平南路中山南二路交叉口的交通流特征實(shí)例分析，結(jié)果表明，該方

5、法通過數(shù)據(jù)采集，交通現(xiàn)象分析，上匝道及銜接交叉口關(guān)聯(lián)車道流強(qiáng)弱相關(guān)性分析，建立解析動(dòng)態(tài)交通流特性的模型，實(shí)際應(yīng)用中有針對性，有操作性，能為協(xié)同控制策略提供很好的決策性依掘。(2)總結(jié)了美國、歐洲等匝道調(diào)節(jié)控制應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，與《中國交通信息產(chǎn)業(yè)》一起設(shè)計(jì)了國內(nèi)交通信號控制系統(tǒng)調(diào)查問卷，分析了國內(nèi)12個(gè)城市交通信號控制系統(tǒng)的應(yīng)用及存在的問題，為匝道調(diào)節(jié)與交叉口協(xié)調(diào)控制的研究與實(shí)施奠定基礎(chǔ)。(3)在入口匝道理論、地面交叉口協(xié)調(diào)控

6、制理論單獨(dú)分析的基礎(chǔ)上，研究提出了入口匝道及其銜接交叉口協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型，闡述了分層協(xié)同優(yōu)化的基本思路，通過分析上匝道與主線、上匝道與地面銜接交叉口的影響關(guān)系，研究了上匝道不同交通狀態(tài)下的控制目標(biāo)，構(gòu)建了通道協(xié)調(diào)控制模型，并在分析常見算法優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出基于層次分析的分布式求解算法，首先上匝道和地面交叉口分別按照容量—需求、區(qū)域協(xié)調(diào)分布優(yōu)化，然后在判斷匝道狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以上匝道為目標(biāo)進(jìn)行通道整合優(yōu)化。(4)分析了上海市高

7、架道路近180個(gè)出入口匝道交通現(xiàn)象，基于信控匝道實(shí)施必要性和可行性條件，提出可實(shí)施信控的入口匝道，總結(jié)了目前上海市高架入口匝道控制設(shè)備接入及運(yùn)行管理現(xiàn)狀，為匝道協(xié)調(diào)控制的實(shí)施打下基礎(chǔ)。(5)基于上海市高架道路和地面道路交通管理現(xiàn)狀，搭建了實(shí)施入口匝道及其銜接交叉口協(xié)調(diào)控制的實(shí)施架構(gòu)，提出信息共享方案，研究了入口匝道動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制方法，協(xié)調(diào)控制下SCTAS相應(yīng)的特征參數(shù)調(diào)整技術(shù)以及匝道信控條件下可變信息板協(xié)同誘導(dǎo)。本報(bào)告研究成

8、果適應(yīng)了我國中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要，對于揭示快速路匝道入口及其銜接交叉口的交通流特征，提供多控制系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化模型和策略，緩解大城市嚴(yán)重的通道擁堵問題、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)交通流具有很重要的意義。并且，研究成果在快速路及其銜接交叉口交通流多目標(biāo)優(yōu)化模型建立、算法求解上有突破性進(jìn)展，并提出不同交通狀態(tài)下交通控制協(xié)同實(shí)施策略，在前人已有的成果上有所突破，對于我國開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的交通協(xié)同控制系統(tǒng)具有核心技術(shù)支撐作用，具有廣闊的應(yīng)用前