城市快速路匝道协同控制模型与方法研究

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1、硕士学位论文城市快速路匝道协同控制模型与方法研究作者姓名邹祥莉学科专业交通信息工程及控制指导教师徐建闽教授所在学院土木与交通学院论文提交日期2018年4月ResearchonCooperativeControlModelandMethodofUrbanFreewayRampsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZouXiangliSupervisor：Prof.XuJianminSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：U491学校代号：10561学号：20

2、1520106610华南理工大学硕士学位论文城市快速路匝道协同控制模型与方法研究作者姓名：邹祥莉指导教师姓名、职称：徐建闽教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：交通信息工程及控制研究方向：智能交通论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：翁小雄委员：徐建闽、许伦辉、刘伟铭、卢凯摘要随着社会经济的快速发展，城市居民生活质量不断提升，城镇一体化发展速度加剧，导致机动车保有量急剧增加，从而造成城市交通拥堵性质逐渐从点拥堵到局部拥堵进而演变成区域路网拥堵，拥堵范围逐渐从城市中心向城乡结合部的快速路系

3、统蔓延，而目前对于快速路网拥堵控制方法的研究和应用不是非常成熟，尤其是基于预测控制的研究非常少，因此，为缓解城市快速路交通拥堵问题，提高快速路系统的总体运行效率，本文从局部和区域两个角度对快速路匝道协同控制模型与方法进行研究。研究内容主要包括以下几个方面：（1）提出拥堵条件下的出口匝道交叉口与下游交叉口协同控制方法。首先，对快速路出口匝道拥堵机理进行简单分析；然后建立出口匝道交叉口与下游交叉口协同控制模型，该模型包括目标交叉口通行能力最大优化模型和下游交叉口车辆疏散最大优化模型，并采用双层迭代算法（BLIA）的思想对模型进行求解；最后，通过案例分析验证该协同控制模型的可行性及其相对于

4、单点信号配时方法的优越性。（2）提出基于宏观基本图的路网交通拥堵甄别方法。通过交通小区划分、绘制宏观基本图、界定拥堵临界点、判断拥堵状态以及拥堵状态的输出等一系列步骤建立基于宏观基本图的路网拥堵甄别方法，并结合马尔科夫链模型，使临界点附近的交通状态甄别更加精准，最后通过案例分析表明，该方法可行，且具有较好的可靠性。该方法提出以路网内剩余车辆数为性能指标判断路网交通状态，能够达到快速甄别的效果，为下一章在建立上层主线关联多匝道协同控制模型时子区状态判断提供了重要参考。（3）构建基于分层递阶控制和S模型预测控制的多匝道协同控制模型。首先，介绍主线关联多匝道控制策略，表明分层递阶控制结构的

5、优越性；其次，介绍模型预测控制的基本原理及预测模型的选择；然后，建立基于分层递阶控制和S模型预测控制的多匝道协同控制模型，包括上层主线关联多匝道协同控制模型和下层子系统的模型预测控制；最后，通过案例分析表明该模型的可行性与有效性及其相对于单匝道控制的优越性。关键词：快速路；匝道协同控制；宏观基本图；分层递阶结构；模型预测控制IAbstractWiththerapiddevelopmentofsocialeconomy,thequalityoflifeofurbanresidentshasbeencontinuouslyimproved,andthespeedofdevelopment

6、ofurbanintegrationhasintensified,leadingtoasharpincreaseinthenumberofmotorvehicles.Asaresult,thenatureofurbantrafficcongestiongraduallyevolvedfrompointcongestiontolocalcongestionandthenevolvedintoregionalroadnetworkcongestion.Congestioncoveragegraduallyspreadsfromtheurbancentertothefreewaysyste

7、moftheurban-ruraljunction.However,thecurrentresearchandapplicationofthecongestioncontrolmethodforthefreewaynetworkisnotverymature,especiallytheresearchbasedonpredictivecontrolisveryfew.Therefore,toeasetrafficcongestionofurbanfreew