高速公路瓶颈区域可变限速控制研究

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1、分类号:U49110710-2015221128专业硕士学位论文高速公路瓶颈区域可变限速控制研究李雪冬导师姓名职称邵海鹏副教授申请学位类别硕士专业学位类别交通运输工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月12日学位授予单位长安大学StudyonVariableSpeedLimitControlinBottleneckAreaofHighwayAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiXuedongSupervisor：A/Prof.ShaoHaipengChang

2、’anUniversity，Xi’an，China摘要近年来，高速公路网络正处于不断提升与优化阶段，但仍不能满足快速增长的高速公路出行需求。在高速公路瓶颈区，诸如主线——匝道连接处、交通事件（事故、施工区）常发处等，拥堵问题日益严重且趋于常态化，极大地增加了出行者的出行成本和出行时间。可变限速控制被视为缓解高速公路瓶颈路段交通拥堵、提高通行效率和改善交通安全等问题的有效方法之一。首先，论文对高速公路瓶颈区域的类型及判别方法进行分析，结合实测数据，分析高速公路瓶颈区域交通流特性以及可变限速控制对瓶颈区域交通流的影响。其次，选择元胞传输模型(Cell

3、TransmissionModel，CTM)作为论文可变限速控制的基础交通流模型，结合高速公路瓶颈区域的交通流特性、可变限速对于交通流的影响分析，对CTM模型进行改进，使之可以模拟通行能力下降现象及可变限速控制条件下的交通流状态，并对模型进行参数标定与验证。接着，确定以闭环控制系统来描述高速公路实时交通流信息与不同可变限速控制策略之间的关系，将限速值变化幅度、限速值变化周期和相邻可变限速板速度差值的取值组合作为不同的可变限速控制策略，以通行效率作为可变限速系统的目标，为避免单个指标的片面性，使用总行程时间与总周转量综合指标作为可变限速系统的优化目

4、标函数，为保证限速策略的前摄性，采用模型预测控制（ModelPredictiveControl，MPC）算法设计闭环控制系统内控制器的限速值规则，建立控制目标—控制策略的关系模型，从而得到最优可变限速策略。最后，以西汉高速为实例，根据实际数据对改进后的CTM模型进行标定，确定多个可变限速控制策略，并对不同的控制策略进仿真分析，结果表明：控制目标函数选择总行程时间与总周转量综合指标，可以提高最优策略选择时的可靠性。关键词：高速公路，瓶颈区域，可变限速控制，元胞传输模型，MPC控制算法IAbstractInrecentyears,theexpress

5、waynetworkwasinastageofcontinuousimprovementandoptimization,butitstillcouldnotmeettherapidgrowthoffreewaytravelneeds.Inthebottleneckareasofhighways,suchasthemainlineconnectedwithrampandtheareaoftrafficincidents(accidents,constructionsites,etc.),congestionproblemswereincreasin

6、glyseriousandtendedtobenormalized，whichhadgreatlyincreasedtravelcostsandtraveltime.Variablespeedcontrolwasconsideredasoneoftheeffectivemethodstorelievetrafficjams,improvetrafficefficiencyandimprovetrafficsafetyinhighwaybottlenecks.Firstofall,thispaperanalyzedthetypeanddiscrim

7、inatingmethodofthehighwaybottleneckarea,andanalyzedtheinfluenceofthetrafficflowcharacteristicsinthebottleneckareaofhighwayandtheinfluenceofvariablespeedlimitcontrolonthetrafficflowinthebottleneckarea.Secondly,theCellTransmissionModel(CTM)wasselectedasthebasictrafficflowmodelf

8、orthepaper'svariablespeedlimitcontrol.Combinedwiththetrafficflowchar