快速路入口匝道及其衔接交叉口协调优化控制理论与实施方法研究.pdf

摘要 摘要 本报告立足于缓解快速路入VI匝道及其衔接交叉LJ的交通问题，以快速路入 口匝道及其衔接交叉口的交通流为研究对象，通过分析该衔接区域影响范围内的 交通流运行特征，研究交叉口信号控制、匝道调节、区域交通流诱导的运行机理， 构建城市快速路及其衔接交叉口的交通协调控制优化模型并求解，提出不同交通 状态不同目标下的交通协调控制策略及实施技术。 本报告主要研究内容： (1)快速路入口匝道及其衔接交叉口的交通流运行特征分析 本报告研究城市快速路入口匝道及其衔接交叉口的交通流特性，基于上匝道 交通状态及其衔接交叉口关联车道流的动态数据分析，通过现象分析其本质，为 协调优化控制提供数据分析和策略依据。 (2)入口匝道及其衔接交叉口区域的交通控制机理研究 快速路入口匝道及其衔接交叉口的交通流控制方法包括匝道调节、快速路速 度引导、交叉口信号控制、区域交通流诱导等常用的控制手段，其中前三者主要 是调整交通流在时间上的分布，而交通流诱导主要是在空间上均衡道路网区域内 的交通流。本报告分析各交通控制方法的运行机理，研究它们之间的协调交互， 为协同控制的实施技术提供基础。 (3)入口匝道及其衔接交叉口交通流协调控制优化模型构建与求解 通过分析匝道调节、交叉口信号控制、区域交通流诱导的运行机理和耦合作 用，集成信号控制模型和动态交通分配，对入口匝道及其衔接交叉口作用区域的 交通流建立全局最优交通模型，研究简单实用可靠的求解算法。 (4)交通协调控制策略及实施技术 对于快速路入口匝道及其衔接交叉口区域的交通流运行状况，可能存在快速 路主线拥堵、入口匝道排队过长、交叉口问车流拥堵等不同交通状态，因此，需 要针对不同的交通状态、不同的拥堵地点，设立不同的交通控制目标，实施相应 的有效协同控制策略，制定匝道调节、交叉口信号控制、区域交通流诱导的联动 实施方案。 主要成果总结为以下几点： 快速路入门而道及其衔接交义口协调控制理论模即与实施方法研究 (1)以实际应用为出发点，创新性提出基于上匝道交通状态及其衔接交叉 口强关联车道流的综合分析方法，并应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实例分析，结果表明，该方法通过数据采集，交通现 象分析，上匝道及衔接交叉口关联车道流强弱相关性分析，建立解析动态交通流 特性的模型，实际应用中有针对性，有操作性，能为协同控制策略提供很好的决 策性依据。 (2)总结了美国、欧洲等匝道调节控制应用的经验，与《中国交通信息产 业》一起设计了国内交通信号控制系统调查问卷，分析了国内12个城市交通信 号控制系统的应用及存在的问题，为匝道调节与交叉口协调控制的研究与实施奠 定基础。 (3)在入口匝道理论、地面交叉口协调控制理论单独分析的基础上，研究 提出了入口匝道及其衔接交叉口协调控制优化模型，阐述了分层协同优化的基本 思路，通过分析上匝道与主线、上匝道与地面衔接交叉口的影响关系，研究了土 匝道不同交通状态下的控制目标，构建了通道协调控制模型，并在分析常见算法 优缺点基础上，提出基于层次分析的分布式求解算法，首先上匝道和地面交叉口 分别按照容量一需求、区域协调分布优化，然后在判断匝道状念的基础上，以上 匝道为目标进行通道整合优化。 (4)分析了上海市高架道路近180个出入口匝道交通现象，基于信控匝谨 实施必要性和可行性条件，提出可实施信控的入口匝道，总结了目前上海市高架 入口匝道控制设备接入及运行管理现状，为匝道协调控制的实施打下基础。 (5)基于上海市高架道路和地面道路交通管理现状，搭建了实施入口匝道 及其衔接交叉口协调控制的实施架构，提出信息共享方案，研究了入口匝道动态 调节控制方法，协调控制下SCTAS相应的特征参数调整技术以及匝道信控条件 下可变信息板协同诱导。 本报告研究成果适应了我国中长期科学和技术发展规划纲要，对于揭示快速 路匝道入口及其衔接交叉口的交通流特征，提供多控制系统协同优化模型和策 略，缓解大城市严重的通道拥堵问题、优化网络交通流具有很重要的意义。 并且，研究成果在快速路及其衔接交叉口交通流多目标优化模型建立、算法 求解上有突破性进展，并提出不同交通状态下交通控制协同实施策略，在前人已 有的成果上有所突破，对于我国开发具有自主知识产权的交通协同控制系统