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本文研究了如何使用模型来分析建立包含高速公路干线、匝道控制和上游信号控制的菱形立交的一个综合控制系统。本建模方法考虑到了很多方面因素，包括其组成部分、运营特性及系统内的互动作用。论文还提出了系统现场实施运营可能需要的具体措施。建立综合运营控制系统的最关键的因素是通过在钻石立交信号机中特定信号配时来处理匝道反馈信息。当管匝道上排队较长时，系统将通过自动调整来减少进入匝道的车流量，以保证匝道控制系统的有效性，避免匝道排队过长，减少高速公路瘫痪的可能性。由于该系统采用特殊信号相位和配时方法，其控制策略主要针对特定的钻石信号相位计划。文章还介绍了该系统的设计和构架以及现场实施的流程图。     

上跨式互通立交出口匝道与地面道路衔接部渠化设计研究

互通立交出口匝道与地面道路衔接部是高速公路与地面衔接道路交通流转换的枢纽,研究其渠化设计方法对优化互通立交及其周边路网的交通流运行状态,提高区域路网服务水平具有重要的意义。本文首先在现场调查的基础上,分析了上跨式互通立交出1：3匝道与地面道路衔接部的交通流运行特性,然后提出了典型互通立交出口匝道与地面道路衔接部的渠化设...     

城市快速路分层分布式优化控制方法研究

针对城市快速路控制系统对实时道路交通状况不能及时、有效地响应问题,利用时变的交通状态估计与OD矩阵预测信息,基于智能交通控制及分层分布式思想,提出一个新颖的城市快速路匝道控制方法. 采用基于多项式趋势模型的滤波方法对路段总的交通需求进行估计与预测,提前确定道路将来排队长度的上界;对快速路网未来的交通状态进行预测,基于全局最优的思想,提前为路网中各个匝道建立协调约束,为匝道调节率的制定提供依据. 仿真结果表明,分层分布式的快速路控制系统通过协调各个匝道之间的利益,能够有效缓解高峰出行时的拥堵现象,对实现城市快速路网整体性能优化具有现实意义.     

Design and Simulation of an Optimal Control System on Freeway Based OD Prediction Information

According to the information of real-time Origin-Destination (OD) prediction, based on the hierarchy idea, a novel hierarchical optimal control system of a freeway is proposed. There are three control layers in this control architecture: The network load assignment layer predicts, in advance, the total traffic demands for a long time, and makes the upper bound of the future queue length. The area-wide optimal control layer predicts the future traffic state and builds harmonious restrictions for each ramp. The local feedback control layer adjusts the model parameters according to the real-time traffic conditions, and the results are optimized by the area-wide optimal control layer. The simulation results show that the control system has a good dynamic performance. It harmonizes the benefits of every ramp and optimizes the whole performance of the freeway network.     

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根据时变的OD预测信息,基于分层递阶的思想,建立了一个新颖的高速公路优化控制系统。控制结构分为三层：网络负荷分配层对长时期内总的交通需求进行预测,提前确定将来排队长度的上界;全局最优控制层预测未来的交通状态,为路网中的各个匝道建立协调约束;局部反馈控制层根据实测的交通条件及全局最优控制层的寻优结果决定匝道调节率。仿真结果表明,控制系统具有良好的动态性能,协调了各个匝道之间的利益,实现了高速路网整体性能的优化。     

非常规交叉口设计研究现状与展望

为促进非常规交叉口设计在中国的创新应用, 选取U型回转、菱形互通式立交、借用出口车道左转、串联交叉口、连续流交叉口和平行流交叉口, 系统梳理了各种类型非常规交叉口的几何布局、信号相位相序方案和控制策略, 从理论研究和交通安全效益层面回顾了近10年来非常规交叉口的研究成果, 探讨了各种类型非常规交叉口在中国应用的可行性。分析结果表明: 非常规交叉口信号配时建模和求解没有困难, 且大多文献采用精确求解算法; 非常规交叉口效益评估结果根据文献研究对象和问题的不同存在差异, 但总体来看, U型回转不宜设在左转比例过高的交叉口, 菱形互通式立交适合于高速公路和快速路, 借用出口车道左转在左转比例较高的交叉口表现较好, 串联交叉口在过饱和状态下的效益最优, 连续流交叉口和平行流交叉口在对称需求下的效益更佳; 在交通安全方面, 设置U型回转和菱形互通式立交可以降低事故发生的可能性, 但其他几种类型非常规交叉口由于数据量较少或缺乏数据, 还没有得到统一的结论; 因非常规交叉口运行规则与驾驶人的认知存在差异, 在开放初期驾驶人会存在困惑, 采用驾驶人培训、前车提示和交警现场引导等措施是有效的, 自动驾驶技术与非常规交叉口设计相结合更有望加快非常规交叉口的应用和推广; 整体来看, U型回转、借用出口车道左转和串联交叉口在中国的应用前景良好, 菱形互通式立交在中国的适用性还需结合国内交通现况进一步探讨, 连续流交叉口和平行流交叉口由于运行规则复杂, 需先试点运行再逐步推广。      

基于模糊神经网络的结合部匝道控制方法研究

针对高速公路与关联城市快速路（简称结合部）路段拥堵日益严重的现状,从匝道控制影响要素分析入手,基于模糊控制和神经网络思想,本文提出了以主线交通状态与期望状态差值和匝道交通状态为输入变量,以匝道调节率为输出变量的模糊控制方法. 同时针对结合部路网互通式立交设计的实际情况,分单匝道控制和双匝道控制两种情况进行了分析,提出了相应的匝道控制方法,并建立了5层模糊神经网络控制模型. 最后以北京京津塘高速公路与北京三环和四环关联城市快速路为案例,对建立的模型进行效果验证,结果证明了所建立方法的有效性.     

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本文基于快速路交通流分布参数系统模型,利用快速路交通流系统具有重复运行的显著特点,设计一种新的入口匝道分布参数迭代学习边界控制方案.所提出的方法采用带有反馈的PD-型控制律,不仅可以从以前重复过程中学习有用的知识,提高系统的控制精度;还可以有效的抑制当前运行过程中系统的量测噪声和扰动等不确定影响因素.该方法的另一个显著特点在于充分利用了快速路交通系统的分布参数模型描述,更全面地利用了系统的时空控制信息,从而提高了整个路段的控制性能.本文基于Matlab仿真进一步说明所提出方法的有效性和适用性.     

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本文基于对城市快速路入口匝道控制问题的分析，用微观交通仿真软件PARAMICS建立入口匝道控制仿真模型，对三种入口匝道控制算法（ALINEA，NEW-CONTROL和MIXED-CONTROL）进行仿真对比研究。结果表明三种算法都能一定程度上改善快速路的交通拥挤。同时给出三种算法的差异性描述，从交通流特征和算法特点分析产生差异的原因。最后指出MIXED-CONTROL在优化主线交通流的同时减少了入口匝道的车辆排队长度，其在高需求时的总体性能优于其它两种算法，是比较适合于实际应用的匝道感应控制算法。     

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既有研究已经论证高速公路独有的运营特点，包括双能力现象。双能力现象表明，高速公路在自由运行(非排队式)条件下比在排队条件下具有更大能力。在孤立的匝道区，双能力现象的存在，决定了匝道控制在减缓高速公路和匝道交通延迟的效率。本文进一步探讨了微观仿真模型(VISSIM)是否能够在分析现象有关特征的基础上，校准复制双能力现象。本文指出，微观模拟模型用于研究匝道控制延误评价时，必须具有再现双能力现象的能力，否则就会得到错误的结论。本文发现大多数微观模拟模型，例如VISSIM，尽管使用了传统的跟弛理论，但不能自动展示双能力现象。然而，如果在VISSIM中使用一组特殊的编码参数就能再现双能力现象。利用VISSIM模型，本文分析了匝道控制和双能力现象的特征，发现匝道控制减小了双能力值的差距，尤其是采用排队政策时。由于高速公路在自由运行状态下的能力难以评佑，本文建议可用有排队状态下的能力值来代替。     

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随着城市汽车保有量的不断增加,交通拥堵日益频繁;匝道控制是通过调节入口匝道车辆数,来缓解快速路匝道交汇处拥堵的有效方法.本文同时考虑快速路和入口匝道上的实时密度设计了匝道控制优化算法,该算法旨在控制快速路密度接近其最优值,同时减少匝道上的排队数;通过PARAMICS仿真软件对算法进行验证,并与ALINEA、Demand Capacity算法进行了比较,仿真模拟统计了快速路交通流密度、匝道排队数、总车辆行程时间以及下游流量数据.分析结果显示,实时密度控制算法是有效的,能够维持干线最大流量,保持路网交通条件的动态平衡,并且尽可能地减少排队长度.     

高速公路瓶颈区域可变限速阶梯控制方法

针对高流量条件下高速公路主线瓶颈路段交通流运行态势恶劣导致通行效率降低的问题,从高速公路瓶颈路段交通流时空特性出发,对元胞传输模型进行扩展,使其能够对瓶颈路段和可变限速条件下交通流运行情况进行描述;在此基础上,构建可变限速控制模型,并采用阶梯限速控制方法对主线交通流进行控制,防止限速路段车辆排队上溯影响上游匝道车辆的正常通行.算例仿真结果表明:本文提出的瓶颈区域可变限速阶梯控制方法能够有效缩短车辆行程时间,在可变限速条件下,与无控制和仅单路段主线控制相比,车均延误分别减少了13.78%和1.60%.      

快速路与城市地面道路集成最优控制

分析快速路和城市地面道路的运行特点,建立一个集成快速路和地面道路的宏观交通流模型。分别运用METANET模型和Kashani模型来描述快速路与地面道路的动态行为。阐述快速路模型和城市地面道路模型的衔接机理—通过入口匝道和出口匝道来实现,然后对相关的最优控制问题进行说明,提出以通过快速路系统和城市地面道路系统的总运行时间最小为优化目标函数,并据此确定相应的优化控制策略,以取得最优的城市综合交通系统效益。     

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面对城市交通拥堵严重,环境污染逐年加剧,本文利用车载尾气检测技术收集和比较了北京市典型信号协调路段与普通路段的实测尾气排放数据,分析了两种控制策略下的机动车尾气污染水平与分布规律;此外,结合微观交通仿真模型VISSIM和基于VSP变量的尾气排放建模方法,搭建了微观交通尾气仿真平台,通过实例仿真评价了不同信号配时和不同交通流量两种交通控制策略下的尾气排放。     

平面交叉口信号相位设计专家 系统理论框架研究

明确分析了信号设计中相位设计和配时设计之间定性和定量的关系,并针对相位设计 的特点,提出相位设计专家系统的理论框架,构造详实可行的专家系统知识库,进一步建立相位生成和优化模块,在相位优化模块中,利用交通流冲突点数量、交叉口时空利用率、信号相位损失时间总和三项指标评估交叉口信号相位方案,为交叉口信号相位设计专家系统的开发提供了完整的框架结构和坚实的理论基础.     

高速公路出口匝道分流区研究现状及展望

分流区是高速公路出口匝道的重要组成部分,分流区的合理设计关系到高速公路的运行效率和交通安全。目前高速公路出口匝道的研究多集中在通行能力方面,为改善高速公路出口匝道的安全现状。论文阐述了出口匝道分流区的研究现状,重点总结了匝道交通流的导入方式、匝道的组合模式及间距、标志牌设置等方面的国内外研究现状。并分析了相关标准规范。最后提出出口匝道分流区设置存在的问题,并指出论文依托项目正在开展的工作,为出口匝道交通流通行效率和交通安全的进一步研究提供参考。     

基于粒子群优化的高速公路网集成优化控制模型(英文)

应用非线性最优控制方法,研究了高速公路网的匝道控制和路径诱导的集成问题,构造了集成控制的最优控制模型.在模型中,以路网总耗时最小为优化目标,以METANET模型为网络交通流模型,考虑了控制变量的更新周期约束,采用粒子群优化技术求解优化模型.仿真结果表明:无控制时,路网总耗时为3 376 veh·h;仅实施匝道控制时,路网总耗时为3 005 veh·h;仅实施路径诱导时,路网总耗时为2 768 veh·h;集成控制时,路网总耗时为2 464 veh·h.可见,集成控制效果最优.     

Development and Comparative Evaluation of Ramp Metering Algorithms Using Microscopic Traffic Simulation

Freeway ramp metering is an efficient freeway control that can ameliorate freeway congestion by limiting the number of vehicles entering the freeway. This study presents development and comparative evaluation of five ramp controls including no control, time-of-day plan, and three well-known ramp metering algorithms; ALINEA, FLOW and Stratified Zone through the use of microscopic traffic simulation. In this paper, ramp controls were developed and evaluated using Microscopic Traffic Simulation, AIMSUN NG. The simulation model of the Pacific Motorway in Queensland, Australia was used as a test-bed model. The results from the study indicated that ramp metering was basically found to be able to improve network performances up to 40% compared to no control. In terms of network and freeway mainline performance, ALINEA was superior to other algorithms under both normal and high traffic demand, whereas, Stratified Zone was the best algorithm for on-ramp performance. In terms of on-ramp performance, ALINEA was found to generate the lowest on-ramp performance. FLOW was found to be slightly superior to Stratified Zone. However, the trend was opposite for on-ramp performance. Gini coefficient was applied to measure the road user equity under the implementation of different algorithms. The results showed that FLOW was the most equitable algorithm, whereas, ALINEA was the worst. The results also indicated that network performance and on-ramp performance were trade-off in the presence of ramp metering operation.     

基于粒子群算法的道路交叉口信号配时优化模型——以昆明市为例

在现有交通资源下,利用交通信号的动态调控缓解交通拥堵是一种行之有效的方式。首先探讨了道路交叉口信号控制的空间和时间优化思路,在时间优化方面提出基于粒子群算法的信号配时优化模型。以昆明市学府路为例,在分析大量交通流数据的基础上,根据三相交通流理论,对交通状态进行划分并提出有针对性的控制策略。将信号配时优化模型应用于学府路3个相邻的关键交叉口。交通仿真和方案试运行结果显示,优化前后同步流状态下交叉口延误平均降低21.0%,车辆排队长度平均降低12.4%;堵塞状态下交叉口延误平均降低32.0%,车辆排队长度平均降低24.9%。这一结果表明该模型在道路交叉口信号配时优化中具有合理性和有效性。     

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在实际的快速路交通流系统中,入口匝道的流量和快速路主路的速度都是受限的,因此在对快速路交通流进行控制时考虑这些限制十分必要. 基于迭代学习控制的快速路入口匝道控制是近年来快速路控制领域的一个研究热点,然而,至今为止还没有在输入和状态同时受限情况下的相关收敛性分析. 本文首先介绍了快速路交通流模型,并将交通密度控制转化为输出跟踪问题;然后通过严格的数学分析证明了在入口匝道流量受限和主路速度受限的情况下,基于迭代学习控制的入口匝道控制仍然能保证交通流密度收敛于期望密度;最后通过仿真研究验证了该方法在受限情况下能达到很好的控制效果.