高速公路车道分配与入口多匝道协同控制方法

为提升多车道高速公路主线合流区通行效率，由于主线合流区各车道交通特征差异，针对多条匝道相互合流再一同汇入主线的情况，分析了主线合流区流量均衡状态、各车道饱和状态和匝道流量对通行效率的影响，提出了多车道高速公路车道分配与入口多匝道协同控制模型，主要通过主线车道控制引导上游主线车辆提前选择合适车道行驶，同时采用入口多匝道控制协调匝道合流区各汇入匝道车辆的驶入，实现主线和匝道的通行效率最大化提升。仿真验证及工程应用结果表明：通过主线车道控制引导上游主线车辆尽量选择内侧车道行驶，尽管会增加内侧车道行驶车辆的车均延误，但明显降低了主线和匝道的整体车均延误，说明主线车道控制与入口多匝道控制相结合对合流区通行效率提升优势明显，且主线合流区各车道流量均衡有助于提升入口匝道汇入效率。     

城市快速路匝道交通特性分析

城市快速路建设的速度远不及交通量的增长速度,且目前我国缺乏对其交通流特性及控制技术的系统研究,大量车流从入口匝道无序的汇入主线,严重影响了城市快速路功能的正常发挥。文中以实测数据为基础,利用设计学原理,分析城市快速路入口匝道交通流特性及其对主线交通流的影响,得出在快速路匝道上的车速特性。     

基于分层递阶结构和S模型预测控制的快速路多匝道协同控制模型研究

为缓解快速路匝道拥堵,提出一种基于分层递阶结构和S模型预测控制的快速路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,案例分析中以VISSIM为仿真平台,结合MATLAB进行二次开发,结果表明:协同控制模型相对于ALINEA控制模型来说,在快速路主线的平均行程时间和车均延误方面没有优化效果,但是在入口匝道的平均行程时间、平均排队长度和车均延误方面都有较大程度的优化,且从整体上来说,协同控制模型相对于ALINEA控制模型在平均行程时间、平均排队长度和车均延误方面分别优化了14.6%、88.9%和71.7%,总体上能够提高快速路系统,尤其是入口匝道的运行效率。     

城市快速路与地面道路交通整合控制分析

阐述了城市快速路与普通城市道路交通整合控制的必要性,叙述了国内外研究者提出的比较成熟的匝道控制方法及匝道与地面交通整合控制方法,提出了以城市快速路主线流量与匝道流量之和应小于合流处通行能力、主线车辆占有率应小于最佳占有率、速度约束以及普通城市道路地面交叉口的最大排队长度应小于路段长度为匝道控制约束条件;提出了以通过城市快速路系统和地面交叉口的总旅行时间最小为优化目标函数,实现城市快速路与普通道路的上、下匝道整合控制,以取得最优的城市综合交通系统效益.     

城市快速路可变限速策略

对城市快速路可变限速控制策略的理论基础进行了研究.在对快速路上的主线车速、进出口匝道车速、分流点合流点车速的特性及速度分布特性进行深入分析的基础上,建立了快速路主线车速-密度动态关系模型,提出考虑出口匝道、不良天气以及道路线形因素下基于安全性的3种主线车速的约束条件.利用积分调节器建立了入口匝道控制模型;提出了基于道路服务流量、行程时间、入口匝道平均等待时间以及行程时间延误4种可变限速的目标函数,利用4种目标函数的线性组合建立了3种系统最优问题,即:低密度状态下路段通行能力最大,行程时间最短;中密度状态下路段通行能力最大,入口匝道平均等待时间最短;以及高密度状态下入口匝道平均等待时间最短,主线车流行程时间延误最短.利用VISSIM仿真模拟手段对可变限速控制模型进行分析,得到可变限速控制策略下与未采取控制策略下的交通流参数结果,验证了可变限速控制策略的有效性.     

城市快速路匝道控制设计与仿真分析

通过对城市快速路匝道特性的分析,利用神经网络的多模型融合预测交通流,设计了城市快速路协调控制系统,并用仿真实例进行了验证。该系统以匝道控制为手段,减少或消除入口匝道交通流对城市快速路主线交通运行的干扰和影响,使城市快速路能够快速、安全和高效的运行。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

Gap metering for active traffic control at freeway merging sections

Freeway merging sections are critical segments that can recurrently activate peak-hour traffic congestion. This article proposes a novel vehicular gap control method as a new Active Traffic Management (ATM) strategy to be added to the existing Intelligent Transportation System (ITS) toolboxes for freeway merge control. The proposed strategy, “Gap Metering,” can be considered a non-stopping mainline version of ramp metering. It utilizes signals advising mainline through vehicles to yield sufficient gaps for merging vehicles. Detailed system design and control methods are proposed and implemented in VISSIM (please spell out the abbreviation of VISSIM for this first instance), a microsimulation software package. Different driver behavior sets with different standstill headway values are created to allow switching between gap-metered vehicles and regular vehicles. We evaluate the proposed system through two VISSIM models built and calibrated, respectively, for both the I-894 corridor in Milwaukee, WI, and the Riverside Drive segment on I-35 northbound in Austin, TX. Both corridors experience severe morning peak-hour congestion. We use the I-894 corridor for testing the system design parameters and use the I-35 corridor to conduct a comparison with the ramp metering strategies. The I-894 results indicate an average of 10–20% network delay reduction among all scenarios. We then tested the scenario on the I-35 corridor and compared with the ALINEAR ramp metering. Gap metering strategies alone or combined with ramp metering can, respectively, reduce 17% and 27% more total delay than ramp metering only control at 20% compliance rate.     

Collaborative merging strategy for freeway ramp operations in a connected and autonomous vehicles environment

In a connected vehicle environment, vehicles are able to communicate and exchange detailed information such as speed, acceleration, and position in real time. Such information exchange is important for improving traffic safety and mobility. This allows vehicles to collaborate with each other, which can significantly improve traffic operations particularly at intersections and freeway ramps. To assess the potential safety and mobility benefits of collaborative driving enabled by connected vehicle technologies, this study developed an optimization-based ramp control strategy and a simulation evaluation platform using VISSIM, MATLAB, and the Car2X module in VISSIM. The ramp control strategy is formulated as a constrained nonlinear optimization problem and solved by the MATLAB optimization toolbox. The optimization model provides individual vehicles with step-by-step control instructions in the ramp merging area. In addition to the optimization-based ramp control strategy, an empirical gradual speed limit control strategy is also formulated. These strategies are evaluated using the developed simulation platform in terms of average speed, average delay time, and throughput and are compared with a benchmark case with no control. The study results indicate that the proposed optimal control strategy can effectively coordinate merging vehicles at freeway on-ramps and substantially improve safety and mobility, especially when the freeway traffic is not oversaturated. The ramp control strategy can be further extended to improve traffic operations at bottlenecks caused by incidents, which cause approximately 25% of traffic congestion in the United States.     

面向新型混合交通流的快速路合流区通行能力建模

面向人类驾驶和具备协同自适应巡航功能的网联自动驾驶组成的新型混合交通流,考虑道路交通特性、道路结构以及匝道汇入前主线交通状态等因素的交互作用机理,基于概率统计理论解析网联自动驾驶渗透率和编队长度间的耦合关系,进一步基于间隙接受理论分析匝道汇入交通对合流区通行能力的折减效应,建立快速路合流区通行能力模型,定量描述不同道路...     

高速公路施工区交通特性分析

对高速公路施工区的控制区进行了划分,明确了施工区各控制区的主要功能及特征。施工区车辆运行特性表现为合流车辆会造成施工区交通流重分布、超车道车辆优先通行以及合流的强制性等。在大量交通调查的基础上,对施工区行车道、超车道、合流车道的车头时距分布,各控制区的地点车速的频率分布、空间分布．车道占有率以及车辆汇入特征进行了深入分析。     

城市快速路出入口匝道联动控制策略研究

以北京市快速路为研究对象,对分布密集的出入口匝道实施信号联动控制.为减少驶入与驶出车流间的交织冲突,保证快速路主线交通流处于最佳运行状态,提出出入口匝道信号联动控制方法.采用Vissim对提出的控制方法进行模拟验证,结果表明该方法可以提高主线车辆的运行速度,有效缓解交织区的严重冲突现象.     

高速公路互通立交安全性评价研究综述

高速公路互通立交区道路、交通和行车环境条件的复杂程度远高于基本路段，是制约高速公路运行安全和通行效率的瓶颈路段。互通立交安全性评价研究虽取得了一系列成果，但离实际应用仍有一定差距，有必要对其研究现状进行回顾、总结与展望。为此，针对互通立交安全性评价研究进行系统梳理和总体框架搭建，将其具体分为人因工程理论、交通冲突理论、运行速度协调理论三大理论，事故统计法和层次分析法两大方法，并对其进行综合评述。研究结果表明：人因工程理论适用于主线和匝道的安全性评价，能更准确排查行车安全隐患点、段，但应考虑车辆类型和合理的试验样本量，提高评测指标的稳定性；交通冲突理论适用于主线上存在明显交通冲突区域的安全性评价，但未考虑道路条件对安全性的影响，且应进一步完善交通冲突评价指标体系、划分阈值以及分、合流形式的研究；运行速度协调理论较为成熟，已应用于高速公路基本路段的安全性评价，但主线和匝道的运行速度段落划分和预测模型精度均有待进一步提高；事故统计法的结论客观可靠，但事故数据统计和共享难度大，层次分析法可确定安全性评价的重点内容和关键影响因素，但评价结果主观性较强，2种方法的适用性均存在较大限制。未来研究应针对主线和匝道两大区域系统展开，评价对象应包括分流影响区、合流影响区和衔接过渡区三大路段，建议聚焦人因工程开展深入研究，以最小的代价创建符合人机功效学的互通立交安全运行环境条件。     

考虑服务交通量的加速车道长度设置方法

高速公路加速车道的设置长度不仅取决于主路及匝道的设计速度,还与主路及匝道的交通量有关。本文给出了不同主路服务交通量下的匝道通行能力,建立了在主路不同交通负荷下的匝道车辆可直接汇入的概率计算模型。最后给出了在一定的匝道车辆汇入概率和主路服务交通量下的加速车道长度设置方法,以及不同主路、匝道设计速度和服务交通量下的加速车道长度的推荐值。     

车-车协同下无人驾驶车辆的换道汇入控制方法

多车协同驾驶是智能车路系统领域的研究热点之一,可有效降低道路交通控制管理的复杂程度,减少环境污染的同时保障道路交通安全。基于多车协同驾驶控制结构,提出了一种无人驾驶车辆换道汇入的驾驶模型及策略,系统分析了多车协同运行状态的稳定条件。在综合分析无人驾驶车辆换道汇入的协作准则、安全性评估后,基于高阶多项式方法,结合车辆运行特性,通过引入乘坐舒适性的指标函数,设计得到无人驾驶车辆换道汇入的有效运动轨迹。通过研究汇入车辆与车队中汇入点前、后各车辆的运动关系,详细分析车辆发生碰撞的类型和影响因素,给出避免碰撞的条件准则,从而确保无人驾驶车辆汇入过程中多车行驶的安全性和稳定性。基于车辆运动学建立车辆位置误差模型,结合系统大范围渐进稳定的条件,选取线速度和角速度作为输入,应用李雅普诺夫稳定性理论和Backstepping非线性控制算法,设计了无人驾驶车辆换道汇入后的路径跟踪控制器。仿真试验和实车试验结果表明：所设计的换道汇入路径是可行、安全的,控制器具有良好的跟踪效果,纵向和横向的距离误差在15 cm以内,方向偏差的相对误差在10%以内。研究结果为智能车路系统中的多车状态变迁与协同驾驶研究提供了参考,可服务于未来道路交通安全设计和评价。     

三次样条曲线在互通式立交匝道端部设计中的应用

高速公路互通式立交设计，对于直线上的车道驶出（驶入）道口，匝道是按一定的斜率偏离主线的，这时斜行的变速车道是一条直线，而对于曲线上的驶出（驶入）道口，变速车道不是直线而是按斜率规定的偏离度逐渐偏离主线的一条曲线。本文提出采用三次样条曲线来设计计算匝道端部曲线，并推广到一般的匝道线形设计。