高速公路瓶颈区域可变限速阶梯控制方法
《2024年高速公路可变速度控制方法研究》范文
《高速公路可变速度控制方法研究》篇一一、引言随着交通网络的发展，高速公路在现代化交通体系中扮演着至关重要的角色。
然而，随着车流量的不断增加，高速公路的交通管理变得日益复杂。
为了确保道路的顺畅和安全，可变速度控制方法逐渐成为研究的热点。
本文旨在研究高速公路可变速度控制方法，以适应不同交通环境和条件下的需求，为提高道路交通效率与安全性提供理论支持和实践指导。
二、高速公路交通特点及挑战高速公路交通具有流量大、车速快、环境复杂等特点。
随着车辆数量的增加，交通拥堵、事故频发等问题日益突出。
此外，天气、路况等不可控因素也会对高速公路的交通状况产生重大影响。
因此，如何有效管理高速公路交通，确保行车安全与顺畅，成为亟待解决的问题。
三、可变速度控制方法研究（一）基本原理与分类可变速度控制方法是通过调整道路限速，以适应不同交通环境和条件下的需求。
根据实施方式和作用范围，可将其分为局部可变速度控制和全局可变速度控制两种。
局部可变速度控制主要针对特定路段或区域进行限速调整，而全局可变速度控制则是对整个高速公路网络进行限速调整。
（二）关键技术研究1. 交通流分析：通过分析高速公路交通流特性，为可变速度控制提供科学依据。
包括交通流量、车速、车头时距等参数的分析。
2. 限速策略制定：根据交通流分析结果，制定合理的限速策略。
包括固定限速与动态限速的结合，以及根据实时交通状况进行限速调整。
3. 控制算法研究：研究适用于高速公路的可变速度控制算法，如模糊控制、神经网络控制等。
通过算法优化，实现限速策略的有效实施。
4. 系统集成与实施：将可变速度控制系统与其他交通管理系统进行集成，实现信息的共享与协同。
同时，考虑系统的实施成本、维护成本等因素，确保系统的可行性与可持续性。
四、实践应用与效果评估（一）实践应用可变速度控制方法已在国内外多条高速公路上得到应用。
通过实时监测交通状况，调整限速策略，有效缓解了交通拥堵，提高了道路通行效率与安全性。
高速公路瓶颈区域动态周期可变限速控制方法研究
高速公路瓶颈区域动态周期可变限速控制方法研究高速公路瓶颈区域动态周期可变限速控制方法研究摘要：随着交通工具的不断增多和城市化进程的加快，高速公路瓶颈问题愈加突出，严重影响着交通效率和道路安全。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于动态周期可变限速控制方法的方案，通过对车流量实时监测和动态周期调整，实现了高速公路瓶颈区域的合理流量控制和交通安全保障。
本文先对国内外瓶颈区域限速控制研究现状进行了综述，然后详细介绍了动态周期可变限速控制方法的原理和流程，并通过仿真实验验证了该方案的有效性和优越性。
最后，本文对该方案的未来研究方向进行了展望。
关键词：高速公路；瓶颈区域；动态周期；限速控制；流量控制；交通安全1.引言现代交通设施发展迅猛，高速公路已成为现代城市交通的重要组成部分，为人们提供了更快、更便捷的出行方式，但是随着汽车数量和人口密度的增加，高速公路瓶颈问题日益突出，这严重影响着交通效率和道路安全。
因此，找到一种合理的控制方法，以保障高速公路瓶颈区域的安全和顺畅，对于现代城市交通建设具有重要意义。
2.国内外瓶颈区域限速控制研究现状目前，国内外学者已经对高速公路瓶颈区域限速控制方案进行了研究。
例如，李中明等人通过多种数据融合方法，实现了基于数据驱动的瓶颈识别和限速控制[1]。
周越等人提出了一种基于遗传算法的限速控制方法，以缓解高速公路交通拥堵[2]。
但是，这些研究大多是基于静态条件下的限速控制，无法满足动态变化的瓶颈区域限速控制需求。
3.动态周期可变限速控制方法为了解决高速公路瓶颈区域限速控制问题，本文提出了一种基于动态周期可变限速控制方法的方案。
该方案通过对车流量实时监测和动态周期调整，实现了瓶颈区域的合理流量控制和交通安全保障。
该方案的具体流程如下：（1）车流量监测。
通过车牌识别技术和传感器监测，实时获取瓶颈区域的车流量信息。
（2）周期调整。
根据车流量信息，动态调整瓶颈区域限速周期，以保证道路上的车辆能够平滑通行，同时避免车辆拥堵和事故发生。
高速公路可变速度控制方法研究
高速公路可变速度控制方法研究随着交通量的不断增加，高速公路的安全和效率问题越来越受到人们的。
其中，车速管理是提高高速公路运行安全与效率的关键手段之一。
可变速度控制方法作为一种智能交通技术，可以根据道路条件、车辆流量等实时信息动态调整车辆行驶速度，从而优化交通流状态，提高道路安全与效率。
因此，研究高速公路可变速度控制方法具有重要意义。
可变速度控制方法的基本原理是根据道路条件、车辆流量等实时信息，动态调整车道上的车辆行驶速度。
实现方式主要包括可变限速标志、车载可变速度显示器、交通信息广播等方式。
可变速度控制方法可以有效避免车辆超速或低于最低速度行驶，从而提高车辆行驶的协同性，降低交通事故的发生率，同时有助于提高道路通行效率。
为验证可变速度控制方法在高速公路上的应用效果，我们设计了一系列实验。
实验选取了一条具有代表性的高速公路路段，传感器和数据采集设备包括激光测速仪、GPS定位仪、高清摄像头等。
实验过程中，我们对可变速度控制设备和传感器进行了安装和调试，并实时采集了车辆速度、流量等数据。
实验结果表明，可变速度控制方法在高速公路上的应用能够有效提高道路的安全与效率。
具体表现在以下几个方面：减少交通事故发生率：可变速度控制方法可以实时调整车辆行驶速度，避免车辆超速或低于最低速度行驶，从而降低交通事故的发生率。
提高道路通行效率：可变速度控制方法可以通过动态调整车辆行驶速度，提高车辆行驶的协同性，减少交通拥堵，从而提高道路通行效率。
节能减排：可变速度控制方法可以避免车辆长时间低速行驶，减少燃油消耗和尾气排放，有利于节能减排和环境保护。
然而，可变速度控制方法也存在一些局限性，如设备成本较高、技术难度较大等问题。
未来研究方向可以包括进一步优化设备性能、降低成本、提高可靠性等方面。
通过对高速公路可变速度控制方法的研究，我们得出以下可变速度控制方法作为一种智能交通技术，可以有效提高高速公路的安全与效率，具有广阔的应用前景。
高速公路可变速度控制方法研究
高速公路可变速度控制方法研究高速公路可变速度控制方法研究摘要：高速公路是现代交通运输的重要方式之一，为了提高高速公路的安全性和通行效率，可变速度控制方法是一种有效的管理手段。
本文结合实际情况，探讨了高速公路可变速度控制方法的研究。
一、引言高速公路的建设和发展给人们的出行带来了便利，但也带来了一些问题，例如车辆堵塞、交通事故等。
为了解决这些问题，人们提出了许多高速公路的管理和控制方法，其中可变速度控制方法被广泛应用。
二、高速公路的可变速度控制方法研究2.1 交通流理论交通流理论是研究交通流动规律的理论体系。
通过对交通流的模拟和仿真，可以得出不同车速下的交通流量、车辆密度等数据，为高速公路可变速度控制提供依据。
2.2 车辆导航系统车辆导航系统是通过卫星定位和地图导航技术，为驾驶员提供出行路线和交通信息的系统。
通过与高速公路管理部门的通信，车辆导航系统可以实时获取高速公路的交通情况，并将建议的速度限制信息传递给驾驶员，从而实现可变速度控制。
2.3 特定区域限速控制高速公路中某些区域可能存在减速带、坡道等特殊情况，为了保证交通安全，可以通过设置特定区域限速控制来降低车速，减少事故的发生。
2.4 动态限速控制动态限速控制是根据实时交通流量和道路状况，通过交通信息系统向驾驶员发送速度限制信息，以控制车辆的速度。
这种方法可以根据具体情况对车速进行实时调整，提高交通效率和安全性。
三、高速公路可变速度控制方法的实践应用3.1 广州市高速公路可变速度控制试点项目广州市在高速公路上进行了可变速度控制试点项目。
通过设置车辆导航系统和实时交通信息的传输，驾驶员可以根据道路交通情况调整车速。
该项目取得了明显的效果，提高了高速公路的通行效率和安全性。
3.2 欧洲的可变速度控制实践欧洲许多国家在高速公路上实施了可变速度控制方法。
通过利用车辆导航系统和实时交通信息传输，驾驶员可以根据交通情况进行速度调整。
这种方法有效地减少了交通堵塞和事故的发生，提高了高速公路的运行效率。
《2024年高速公路可变速度控制方法研究》范文
《高速公路可变速度控制方法研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快和交通需求的日益增长，高速公路作为主要的交通通道，其运行效率和安全性显得尤为重要。
可变速度控制作为高速公路交通管理的重要手段，能够根据实时交通状况调整车速限制，从而提高道路通行能力和行车安全。
本文旨在研究高速公路可变速度控制方法，以期为交通管理部门提供理论支持和实践指导。
二、研究背景与意义高速公路可变速度控制是一种智能交通管理系统，它能够根据道路条件、交通流量、天气状况等多种因素实时调整车速限制。
这一技术的实施不仅能够提高道路通行能力，减少交通拥堵，还能有效降低交通事故发生率，提高行车安全。
因此，研究高速公路可变速度控制方法具有重要的现实意义和实际应用价值。
三、可变速度控制方法研究现状目前，国内外学者在高速公路可变速度控制方法方面进行了大量研究。
主要的研究方向包括基于交通流理论的控制方法、基于车辆动力学特性的控制方法以及基于人工智能技术的控制方法等。
这些方法在理论和实践上都有一定的应用，但仍然存在一些问题和挑战，如如何更准确地预测交通状况、如何更有效地协调不同路段的速度控制等。
四、可变速度控制方法研究内容1. 交通流理论应用：通过分析高速公路的交通流特性，建立数学模型，预测交通状况，为可变速度控制提供科学依据。
2. 车辆动力学特性分析：研究车辆的加速度、减速度等动力学特性，以确定合适的车速范围和速度调整策略。
3. 人工智能技术应用：利用神经网络、机器学习等技术，对历史交通数据进行分析和预测，实现智能化的速度控制。
4. 系统设计与实施：包括可变速度控制系统的硬件设计、软件设计以及与其它交通管理系统的协同运作等。
五、研究方法与实验本研究采用理论分析和实验研究相结合的方法。
首先，通过查阅文献和实地调研，了解高速公路可变速度控制的现状和存在的问题。
其次，建立数学模型和仿真系统，对可变速度控制方法进行理论分析。
最后，通过实际道路实验，验证理论分析结果的正确性和可行性。
高速公路瓶颈区域可变限速控制方法
第18卷第3期2018年6月交通运输系统工程与信息Journal of Transportation Systems Engineering and Information TechnologyV ol.18No.3June 2018文章编号：1009-6744(2018)03-0120-06中图分类号：U491文献标志码：ADOI:10.16097/ki.1009-6744.2018.03.019高速公路瓶颈区域可变限速控制方法于德新1,2，刘珩1，郑黎黎*1,2，马晓刚3，邢雪1，张行1(1.吉林大学交通学院，长春130022；2.吉林省道路交通重点实验室，长春130022；3.山东高速股份有限公司，济南250000)摘要：高速公路交通流处于高峰时，公路主线路段可能出现拥挤的瓶颈路段，导致车辆运行时间增加，路段运行效率降低等问题.本文从高速公路瓶颈区域路段交通流运行的时空特征出发，对现有的Papageorgiou 模型进行扩展并考虑速度控制因素，使其适用于可变限速控制环境下的真实交通流运行状态，提出了适用于高速公路瓶颈区域的可变限速控制条件的改进模型，以控制周期内总通行量最大和车辆总行程时间最小为目标，建立高速公路主线可变限速控制优化模型.仿真结果表明，相对于固定限速控制，本文提出的可变限速控制方法可降低总行程时间7.45%，提高平均速度8.78%，表明该可变限速控制模型能在一定程度上缓解高速公路瓶颈区域的拥堵问题.关键词：智能交通；高速公路；遗传算法；瓶颈区域；可变限速控制Variable Speed Limit Control Method forFreeway Bottleneck AreaYU De-xin 1,2,LIU Heng 1,ZHENG Li-li 1,2,MA Xiao-gang 3,XING Xue 1,ZHANG Hang 1(1.School of Transportation,Jilin University,Changchun 130022,China;2.Jilin Province Key Laboratory of Road Traffic,Changchun 130022,China;3.Shandong Hi-speed Group CO.,LTD,Jinan 250000,China)Abstract:When freeway traffic in the peak period,the main freeway sections may appear crowded bottleneck sections,resulting in increased vehicle uptime and lower sections of the freeway main line operating efficiency and other issues.Based on the space-time characteristics of traffic flow in the bottleneck area section of freeway,the paper extends the existing Papageorgiou model and considers the speed control factors to make it suitable for the real traffic flow operation under the variable speed control environment.An improved model of variable speed control conditions in the bottleneck area of freeway is set up to optimize the variable speed control of freeway main line with the aim of maximizing the total traffic volume and minimizing the total vehicle travel time in the cycle.Simulation results show that,relative to the fixed speed control,variable speed control method proposed article can reduce the total travel time of 7.45%,raising the average rate of 8.78%,indicating that the variable speed control model can alleviate to some extent on the freeway bottleneck area congestion problem.Keywords:intelligent transportation;freeway;genetic algorithm;bottleneck area;variable speed control0引言目前我国高速公路采用固定限速方式居多，一般以道路设计速度作为路段限速值，不随道路交通状况的改变而变化，属于静态限速.当高速公路某一路段发生交通事件而出现瓶颈区域时，在流量较大时，若车辆仍按原路段限速值行驶，瓶颈区域上收稿日期：2018-01-25修回日期：2018-04-29录用日期：2018-05-09基金项目：国家自然科学基金/National Natural Science Foundation of China(51308249)；山东省省管企业科技创新项目/Provincial Science and Technology Innovation Project(20122150251-1).作者简介：于德新(1972-)，男，吉林榆树人，教授.*通信作者：dtq8@第18卷第3期高速公路瓶颈区域可变限速控制方法游路段的车辆将会快速积聚，产生严重的排队现象，从而导致通行效率降低，事故风险率增加.针对固定限速方式存在的不足，可变限速控制(Variable Speed Limits,VSL)技术逐步发展起来，并广泛应用于高速公路交通控制系统[1-3].可变限速控制通过传感器实时采集道路的交通状态，在此基础上对限速值进行动态调整，从而提高道路安全及通行效率[4].国内外学者对可变限速控制技术方面进行了大量的探索，使可变限速技术研究有了很大的进展.Lu Xiaoyun等[5]针对高速公路瓶颈路段的限速问题，建立了可变限速与匝道控制相结合的控制方法，并构建相应的优化控制模型.文献[6-7]分别对高速公路主线瓶颈区域及收费站建立相关模型进行仿真，并取得了相应的研究成果.文献[8-10]研究表明，在高速公路交通主线控制策略中，可变限速控制能够在一定程度上提高通行效率.文献[11]针对Papageorgiou模型对拥堵路段的局限性进行改进，使模型更加贴合实际交通状态，张乐飞[12]又在此基础上将高速公路区间进行重新划分，使其更加适用于可变限速控制条件下的区间划分方式.本文在改进的Papageorgiou模型基础上，对其描述范围进行扩展，将可变限速控制融合于改进的Papageorgiou模型，并参考文献[12]的区间划分方式，建立高速公路瓶颈区域可变限速控制优化模型.1高速公路动态交通流模型1.1改进的Papageorgiou模型为了描述高速公路交通流运行状态的时空离散化，该模型要求将高速公路主线划分成N个基本区间(基本区间内道路属性相同)，并针对基本区间的交通流运行状态进行描述.高速公路路段划分如图1所示，以区间i为例，每个区间的长度为Li，模型的具体推导过程及各参数的意义可参考文献[11].图1高速公路路段示意图Fig.1Freeway section schematic diagram图1中区间i在第nT时段的交通流量由区间i及区间i+1的密度和速度确定，交通流量表达式为qi(n)=αk i(n)v i(n)+(1-α)k i+1(n)v i+1(n)(1)式中：vi(n)为第nT时段区间i内交通流的平均速度；α为模型参数.区间i下一时段的交通流密度为区间i当前时段的交通流密度与区间i-1的密度变化值加和，交通流密度表达式为ki(n+1)=k i(n)+T L i[q i-1(n)-q i(n)+r i(n)-s i(n)](2)式中：ki(n)为第nT时段区间i的交通流密度；q i(n)为第nT时段区间i的交通流量；Li为区间i长度，i=1,2,⋯,N；ri(n)、s i(n)分别代表区间i在第nT时段的进口匝道和出口匝道的流量；n表示时间刻度；T表示控制的时间步长.区间i在第(n+1)T个时段的交通流速度与该区间及下游邻近区间的密度有关，交通流速度表达式为vi(n+1)=v i(n)+T L i{V e[k i(n)]-v i(n)}+TLi⋅k i-1(n)ki(n)+ηvi-1(n)⋅[v i-1(n)v i(n)-v i(n)]-μ(n)T[ki+1(n)-k i(n)]τLi[k i(n)+ε](3)其中：Ve[k i(n)]=v f[1-(kik jam)l]m(4)μ(n)=ìíîïïμ1ρk jam-k i+1(n)+σ,k i+1(n)>k i(n)μ2,其他(5)式中：Ve[k i(∙)]表示受密度制约的均衡速度；μ(n)为修正式；η、τ、ε为常量；vf表示自由流速度；k jam表示最大交通流密度；l、m、ρ、σ、μ1、μ2均为常数.由于现有的宏观交通流模型在构建过程中并未考虑速度控制因素，因此需要将速度控制因素引入上述宏观交通流模型，以便于对可变限速条件下高速公路主线交通流状态进行描述.121交通运输系统工程与信息2018年6月1.2可变限速控制条件下动态交通流模型改进在Papageorgiou 模型中引用受密度制约的均衡速度式(4)作为动态速度式(3)的输入模型，当路段处于拥挤的情况下，车辆会出现减速、合流等，使得交通流运行状态不稳定，由式(4)计算得到的交通流速度呈平缓下降趋势，对限速条件下的交通流运行状态无法较为真实地反映，因此，本文针对限速条件下交通流的运行状况，将车速模型进行修正.由于均衡速度随密度而改变，在自由流状态下，均衡速度高于限速值，但由于限速值的影响，驾驶员只能遵从限制速度驾驶车辆；当交通流密度大于临界密度时，车辆间干扰严重，此时均衡速度低于限速值，针对此种情况引入驾驶员对限速值的不服从率γ，将公式改进为V e [k i (n )]=min{v f [1-(ki k jam )l ]m ,(1+γ)V L ,i (n )}(6)式中：k jam 为区间i 路段的阻塞密度；V L ,i (n )为n 时刻区间i 路段的限速值；γ为驾驶员不服从率.此外，文章针对瓶颈区域上游路段进行限速控制，因此不考虑匝道进出口，即式(2)可简化为k i (n +1)=k i (n )+T L i[q i -1(n )-q i (n )](7)综上，将式(1)，式(3)~式(7)联立作为可变限速控制优化模型的基础.2高速公路主线瓶颈区域可变限速控制优化模型及求解2.1目标函数为了使可变限速控制效果尽可能达到最佳状态，本文以控制周期内瓶颈区域交通量最大和总行程时间最小为优化目标.目标函数为J =αp T p -αQ T Q(8)T p =T ∑N p -1n =1∑M i =1[k i (n )v i (n )+q c (n )](9)T Q =T ∑N p -1n =1∑Mi =1k i (n )L i(10)式中：T p 和T Q 分别为通过高速公路试验路段总车公里数和总运行时间；αp 和αQ 分别为T p 和T Q 的权重系数；q c (n )表示瓶颈区域的临界交通流量；N p 表示仿真过程中总的时间步骤.2.2约束条件为了确保可变限速值的合理性，本文从驾驶员行车安全性、便捷性等角度出发对目标函数的约束条件设定如下：(1)为了确保驾驶员行车安全性，高速公路瓶颈区域可变限速值不允许超过道路的最大静态限速值，即V L ,i (n )≤V i ,max ，可变限速值设置为10的整数倍，本文选取V i ,max =100km/h.(2)为了实现高速公路的便捷性，可变限速值应高于最小静态限速值，即V L ,i (n )≥V i ,min ，根据文献[13]和实际交通流数据分析确定瓶颈区域V i ,min =40km/h.(3)为了满足驾驶员对车速变化的适应性，相邻可变限速控制区间的限速值绝对差值及相邻时间间隔内限速值的波动幅度均应控制在20km/h [14],即||V L ,i (n )-V L ,i -1(n )≤20.0km/h 且||VL ,i(n )-V L ,i (n +1)≤20.0km/h.2.3模型求解高速公路可变限速控制优化过程可归结于非线性多约束条件下的优化问题，以往针对于解决优化问题主要有解析法和数值计算法.解析法一般适用于简单函数的优化问题，数值计算法主要有序列二次规划法、共轭梯度法、拟牛顿法等，此类方法大部分需要利用函数导数的信息，在运算过程中难免会收敛到局部最优解，并且仅适用于可导的连续函数的优化问题.上述方法对求解可变限速控制模型较为困难，且存在一定的局限性.因此，本文采用遗传算法，利用Matlab 软件编程实现模型求解，具体可参考文献[15].3实验及分析3.1实验方案本实验基于济南—青岛高速公路各收费站采集的交通流数据，经调查论证得章丘收费站至青岛收费站之间沿线出入口匝道相对较少，因事故造成的瓶颈区域特征较为明显，故选取2016年7月5日在该路线发生的1起交通事故作为瓶颈区域研究对象，实验仿真路段为单向3车道，全长6km ，将此段高速公路以1km 为间隔划分为6个区间段，编号为1~6，瓶颈区域长度为1km ，其位置如图2所示，根据上述考虑因素，距离瓶颈区122第18卷第3期高速公路瓶颈区域可变限速控制方法域5km 以上的路段限速值为固定值，只对瓶颈区域上游的5个区间设置可变限速标志.可变限速控制模型的相关参数取值参考文献[11-12]，如表1所示.图2仿真路段示意图Fig.2Simulation section schematic diagram 表1可变限速控制模型相关参数Table 1Parameters associated with the variable speed control model参数取值v f 93k jam 110l 1.86m 4.05α0.95ε40η4μ112μ26ρ120σ35τ20.4γ0.2仿真实验基于Matlab2014a 编程实现，其中可变限速控制模型控制时间间隔T 为5min ，仿真步长为10s ，仿真时间为100min ，瓶颈区域通行能力临界值为q c 为1000pcu/h ，实验过程中产生的流量范围为1500~3500pcu/h.仿真实验分别对区间1~5采用可变限速控制和固定限速控制.3.2实验结果及分析通过仿真实验获得固定限速和可变限速条件下瓶颈区域交通流参数数据，两种控制条件下平均速度、密度及行程时间对比分别如图3~图5所示.图中时间起始点为可变限速控制起始点，即瓶颈区域产生一段时间后，结合图3~图5，在0~20min 时间内，当主线瓶颈路段产生后，在可变限速控制和固定限速控制条件下，瓶颈区域上游车辆的平均速度均有不同程度的降低，且距离瓶颈区域越近的控制区间，车辆平均速度下降越快，产生这种现象的原因是瓶颈区域上游的交通流量大于瓶颈区域的临界通行能力，产生排队现象，导致交通流速度骤减，交通流密度增大，车辆相互干扰严重，行程时间增加；在20~100min 时间内，固定限速控制条件下的瓶颈区域排队现象持续，且平均速度仍有缓慢下降的趋势，相比于固定限速控制，可变限速控制条件下的各区间平均车速均有一定程度的提高，且随着各区间的可变限速联动控制，各区间密度不断减小，最终交通流速度和密度趋于稳定，瓶颈区域交通流量达到最大化，总行程时间达到最小化.图3两种控制条件下瓶颈区域平均速度变化对比Fig.3Comparison of average speed changes in bottleneck area under two controlled conditions123交通运输系统工程与信息2018年6月图4两种控制条件下瓶颈区域密度变化对比Fig.4Comparison of density changes in bottleneck area under two controlled conditions图5两种控制条件下瓶颈区域行程时间变化对比Fig.5Comparison of travel time changes in bottleneck areaunder two controlled conditions在仿真时间段内，可变限速控制条件下各路段平均车速为71.52km/h ，比固定限速控制条件下的平均车速65.24km/h 提高8.78%，行程时间降低7.45%，表明可变限速控制能够在一定程度上提高高速公路瓶颈区域的通行效率.仿真结果表明，可变限速控制模型有较好的适应度，如图6所示.3.3模型主要参数敏感性分析基于可变限速控制优化模型，各参数取值均在其真值范围内，由于参数l 、m 、α、ρ、σ、μ1、μ2、η、τ、ε、γ均为常量，故不予分析，仅对余下的自由流速度v f 、最大交通流密度k jam 两个主要模型参数进行分析.以实验方案中距离瓶颈区域最近的控制区域5为例，图7表示自由流速度v f 、最大交通流密度k jam 与瓶颈区域上游控制区域5的平均速度的关系，通过改变v f 、k jam 的取值范围，其余所有参数均保持不变，研究参数变化对平均速度的影响.从图7中可以看出，与k jam 相比，v f 对平均速度的影响更大.当v f 变大时，平均速度随之变大，当v f 超过90km/h 时，平均速度的提升幅度较小并渐趋平稳；当k jam 变大时，平均速度虽有小幅度的提升，但相比于v f ，该变化可忽略不计，特别是当v f 较大时，5条曲线差异性较小.图6可变限速控制模型适应度变化Fig.6Variable speed control model fitness changes图7自由流速度、最大交通流密度与平均速度的关系Fig.7The relation between free flow velocity,maximum traffic flow density and average speed124第18卷第3期高速公路瓶颈区域可变限速控制方法4结论针对交通流处于高峰时期下高速公路主线瓶颈区域的交通状态不稳定的问题，将已有的宏观交通流模型进行扩展，构建高速公路主线可变限速控制模型.通过仿真结果，比较了两种控制条件下的平均速度、密度和行程时间变化，验证了高速公路主线可变限速控制模型的适应性较好，并对模型主要参数进行敏感性分析.结果表明，高速公路主线可变限速控制模型能在一定程度上有效的改善和消除交通拥堵，提高高速公路运输效率，为高速公路主线交通优化控制提供了科学合理的控制方法.参考文献：[1]YU R J,ABDEL-ATY M.An optimal variable speedlimits system to ameliorate traffic safety risk[J].Transportation Research Part C,2013,46(2014):235-246.[2]余凯.不利条件下高速公路动态限速方法研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.[YU K.Research on themethod of setting variable speed limits on highwayunder adverse conditions[D].Wuhan:Wuhan LigongUniversity,2010.][3]HADIUZZAMAN M,QIU T Z.Cell transmission modelbased variable speed limit control for freeways[J].Canadian Journal of Civil Engineering,2013,40(1):46-56.[4]陈大山.高速公路主线可变限速控制研究[D].西安:长安大学,2009.[CHEN D S.Variable 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高速公路事故路段分区域可变限速控制方法
石 家庄铁 道 大 学学报 （ 自然科 学版 ）
ｖ 。 １ ． ３ ０ Ｎ 。 ． １
２ ０ １ ７ 年３ 月Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ｚ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ Ｔ ｉ ｅ ｄ ａ ｏ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ｍ ａ ｒ． ２ ０ １ ７
可 以控 制密 度 ， 进 而 可 以缓 解 高速公 路 的交通 拥堵 。
针 对 目前 的高速 公路 交通 状况 ， 许 多专家 和学 者采 用 可变 限 速控 制 方法 进行 了缓解 瓶 颈路 段 的拥 堵 研究， 取 得 了很 多成果 。Ｋｉ ａ ｎ ｆ ａ ｒ Ｊ ｅ ｔ ａ ｌ 根据 可 变限速 与 流量一 密度 之 间的关 系 ， 提 出 了一种 简单 规则 的瓶
基金项目 ： ２ ０ １ ６年河 北 省高 等 学 校 自然 科 学 研 究 重 点 项 目（ Ｚ ６ ６ ５ ７ １ ７ ） 作者 简 介 ： 王希 良 （ １ ９ ６ ６ 一 ） ， 男， 博士 ， 教授， 主 要从 事 交通 运 输 规 划 方 面 的教 学 科 研 工 作 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ２ ６ ３ ＠ｓ ｉ ｎ ａ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
ｌ 可 变 限速 控 制 方 法 分 析
以石 黄 高速 公 路 黄 骅 段 为研 究 对 象 ， 其地 理 位 置如图 １ 所示， 石 黄高 速起 于石 家 庄市 ， 途径 衡水 和
沧州， 东 至黄 骅市 ， 全 长约 ２ ８ １ ｋ ｍ， 按 照 平 原微 丘 的
高速 公路 标 准设 计 ， 石黄高速公路设计 车速为 １ ０ ０
一种高速公路瓶颈区域的车辆轨迹控制方法[发明专利]
![一种高速公路瓶颈区域的车辆轨迹控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/13a1d78125c52cc58ad6bec0.png)
专利名称：一种高速公路瓶颈区域的车辆轨迹控制方法
专利类型：发明专利
发明人：李宏海,丁川,张金金,朱丽丽,车晓琳,王萍萍,高剑,尹升,宋向辉,牛树云
申请号：CN201911411593.X
申请日：20191231
公开号：CN111081069A
公开日：
20200428
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种高速公路瓶颈区域的车辆轨迹控制方法，包括：将故障车辆所在目标车道的车速作为控制车辆的目标控制速度；根据控制车辆的目标控制速度、最大减速度、最高限速，确定控制车辆的横向控制区域长度、换道开始位置、纵向控制区域长度和控制开始位置；在纵向控制区域以能耗最低为性能指标，构造车辆纵向避让轨迹；根据横向加速度和目标控制速度，构造车辆横向避让轨迹。
本发明在车路协同环境下的车辆轨迹控制方法在兼顾控制车辆运动状态信息和避让区域交通状态信息下进行，对控制车辆的纵向避让轨迹和横向避让轨迹进行合理规划；纵向避让轨迹给出能耗最低的车速变化控制方式，横向避让轨迹给出乘客舒适的换道曲线半径。
申请人：交通运输部公路科学研究所
地址：100088 北京市海淀区西土城路8号
国籍：CN
代理机构：北京汇信合知识产权代理有限公司
代理人：郭河志
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智能网联环境高速公路主线可变限速控制方法研究
摘要摘要高速公路凭借其高速运行、高安全性及高运输量的特点，在交通运输系统中是极为重要的组成之一。
但高速公路常常由于局部路段施工、突发事件等因素造成交通瓶颈区域的产生，导致行驶安全与通行效率降低。
随着智能网联技术的不断创新与发展，智能网联技术凭借信息实时交互性、车辆感知能力较强等性质，为高速公路控制领域提供一种新思路。
研究智能网联环境下的可变限速控制对改善瓶颈区域的交通运行状态与提升通行效率具有重要意义。
首先，将高速公路瓶颈区域作为研究对象，阐述了交通瓶颈的定义及特点，在此基础上举例分析了瓶颈区域拥堵蔓延与消散机理，通过对智能网联环境特点的分析，明确了智能网联汽车的跟驰模型与缓解拥堵理论，并提出可变限速控制理论，分析可变限速控制理论条件下的控制原理与结构。
其次，通过对比选取METANET模型作为可变限速控制的基础交通流模型，分析了可变限速控制与智能网联环境的特点对METANET模型进行改进，并利用仿真数据对模型进行了标定。
再次，参考模型预测控制的思想构建了可变限速控制系统，选择总通行流量、总行程时间、总速度差作为控制目标，根据三者的重要程度利用1-9标度法确定三者的权重系数，结合驾驶人与高速公路特性将限速值约束在合理区间，并将遗传算法作为求解工具，实现滚动优化。
最后，将SUMO作为基础的仿真平台，通过修改其内置文件增设智能网联汽车，并利用SUMO的TraCI 接口与python编程语言对SUMO进行二次开发，构建智能网联环境下的可变限速控制系统。
仿真结果表明，可变限速控制较无控制状态相比，可有效缓解拥堵，提升道路通行效率；改进的智能网联环境可变限速控制系统的控制效果更优于未改进的状态，且随着智能网联汽车渗透率的不断提升，交通运行状态将进一步改善。
关键词：智能网联环境；可变限速控制；瓶颈区域；METANET模型；SUMO 二次开发AbstractAbstractWith the characteristics of high speed,high safety and high transportation capacity,highways are one of the most important components in modern transportation system.However,highways often cause traffic bottleneck area due to local road construction,emergencies and other factors,resulting in reduced driving safety level and traffic efficiency.Intelligent connected vehicle technology provides a new method in the field of highway control by virtue of the real-time interactive information and strong vehicle sensing ability.It is of great significance to study the variable speed limit control in the intelligent network environment to ameliorate traffic operation status in the bottleneck area and improve the traffic efficiency.Firstly,the bottleneck area of the highway is taken as the research object,and the definition and characteristics of the traffic bottleneck are elaborated.Based on this,the mechanism of congestion spreading and dissipation of the bottleneck area is analyzed by examples.By analyzing the characteristics of the intelligent network environment,the intelligent connected vehicle following model and congestion alleviation theory are mentioned.Moreover,the variable speed limit control theory is put forward and the control principle and structure are analyzed under the framework of variable speed limit control theory.Secondly,METANET was selected as the basic traffic flow model of variable speed limit control through comparative analysis.The characteristics of variable speed limit control and intelligent network environment were analyzed to improve the METANET model, and the model was calibrated using simulation data.Thirdly,with reference to the idea of model predictive control,a variable speed limit control system is constructed.Total travel capacity,total travel time,and total speed difference are used as control ing the1-9scale method,the weight coefficients of the three control targets are determined according to importance.Based on the characteristics of the driver and the highway,the speed limit value is constrained toAbstracta reasonable interval,and the genetic algorithm is used as a solving tool to achieve rolling optimization.Finally,SUMO is used as the basic simulation platform,and the intelligent connected vehicle is added by modifying its built-in files.The SUMO TraCI interface and the python programming language are used for secondary development of SUMO to build a variable speed limit control system in an intelligent network environment.The simulation results show that compared with the uncontrolled state,the variable speed limit control can effectively alleviate congestion and improve traffic efficiency;the improved speed limit control system under the intelligent networked environment is better than the unimproved state.In addition,as the penetration rate of intelligent connected vehicles increases,traffic operation status will be further improved.Key words：Intelligent Network Environment,Variable Speed Limit, Bottleneck area,METANET Model,SUMO secondary development目录目录第一章绪论 (1)1.1研究背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1智能网联技术发展研究现状 (2)1.2.2可变限速控制策略研究现状 (3)1.2.3智能网联环境仿真与应用研究现状 (5)1.2.4研究现状总结 (7)1.3研究内容 (8)1.4技术路线 (9)1.5本章小结 (11)第二章高速公路瓶颈区域拥堵机理与缓堵理论分析 (12)2.1高速公路瓶颈区域理论分析 (12)2.1.1高速公路瓶颈区域定义及分类 (12)2.1.2高速公路瓶颈区域拥堵蔓延与消散机理 (14)2.1.3高速公路瓶颈区域检测方法 (17)2.2智能网联环境与缓堵理论分析 (18)2.2.1车辆行驶特征分析 (19)2.2.2智能网联汽车跟驰模型 (20)2.2.3智能网联环境缓堵理论 (22)2.3高速公路可变限速控制缓堵理论 (23)2.3.1传统高速公路限速理论 (23)2.3.2可变限速拥堵控制缓堵理论 (25)2.3.3可变限速控制结构分析 (26)2.4本章小结 (28)第三章智能网联环境高速公路主线可变限速交通流模型 (30)3.1可变限速交通流模型选择 (30)3.2智能网联环境可变限速交通流模型建立 (32)目录3.2.1基础METANET模型 (32)3.2.2METANET模型改进 (36)3.3参数标定 (39)3.3.1智能网联环境交通流基础参数分析 (39)3.3.2METANET模型参数标定与校准 (43)3.4本章小结 (45)第四章智能网联环境高速公路主线可变限速控制策略 (47)4.1基于模型预测控制的可变限速控制流程 (47)4.2多目标优化控制模型 (49)4.2.1控制目标函数构建 (49)4.2.2变量约束条件 (53)4.3基于遗传算法的目标函数求解 (54)4.3.1遗传算法基本原理 (54)4.3.2遗传算法参数设定 (57)4.4本章小结 (57)第五章智能网联环境可变限速控制仿真评价 (59)5.1仿真平台搭建 (59)5.1.1道路场景仿真设置 (60)5.1.2仿真平台二次开发 (62)5.2仿真结果分析 (64)5.3敏感性分析 (69)5.4本章小结 (71)第六章结论与展望 (73)6.1全文总结 (73)6.2研究展望 (74)参考文献 (76)致谢 (80)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (81)第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及研究意义随着各地区高速公路网络的迅速扩张，高速公路的行驶里程、运输量也随之迅速增长。
《2024年高速公路可变速度控制方法研究》范文
《高速公路可变速度控制方法研究》篇一一、引言随着交通流量的不断增长，高速公路的安全与效率问题愈发突出。
可变速度控制（VSC，Variable Speed Control）作为一种有效的交通管理手段，对于提高高速公路的通行效率和保障行车安全具有重要意义。
本文旨在研究高速公路可变速度控制方法，分析其原理及实现过程，探讨其优缺点以及改进方向，为未来高速公路的交通管理和优化提供理论依据和实践指导。
二、可变速度控制的原理与实施可变速度控制是指在高速公路上通过改变车道限速标志等手段，实时调整各车道的限速值，以适应当前道路状况和交通流量的变化。
其基本原理是根据道路状况、天气条件、交通流量等实时信息，对道路进行实时监控和评估，通过控制中心进行限速调整，实现对道路的智能管理和控制。
实施可变速度控制需要建设完善的交通管理系统，包括道路监控系统、数据传输系统、中央控制系统等。
具体步骤如下：1. 建立道路监控系统，实时获取道路状况、天气条件等信息；2. 建立数据传输系统，将监控数据实时传输至中央控制系统；3. 中央控制系统根据监控数据对道路进行评估，制定相应的限速调整方案；4. 通过电子显示屏、限速标志等手段将限速调整信息传递给驾驶员。
三、可变速度控制方法的研究针对高速公路可变速度控制方法的研究，主要包括以下几个方面：1. 限速调整策略研究：根据道路状况、交通流量等因素制定合理的限速调整策略，确保道路安全与效率的平衡；2. 智能控制系统研究：通过人工智能、大数据等技术手段，实现对道路的智能监控和评估，提高限速调整的准确性和实时性；3. 驾驶员行为研究：研究驾驶员在可变速度控制下的行为特点，为限速调整策略的制定提供依据；4. 实施效果评估：对实施可变速度控制的道路进行效果评估，分析其优缺点及改进方向。
四、可变速度控制的优缺点分析可变速度控制具有以下优点：1. 提高道路通行效率：根据道路状况和交通流量实时调整限速值，使道路通行更加顺畅；2. 保障行车安全：通过实时监控和评估道路状况，及时发现并处理道路安全隐患；3. 降低交通事故率：通过限速调整策略的制定和实施，降低交通事故的发生率；4. 灵活性强：可根据实际道路状况和交通流量进行调整，具有较强的适应性。
《2024年高速公路可变速度控制方法研究》范文
《高速公路可变速度控制方法研究》篇一一、引言随着交通流量的不断增加和车辆行驶速度的不断提高，高速公路的安全问题越来越受到人们的关注。
为了保障高速公路的行车安全，需要采用有效的控制方法对车速进行管理。
本文旨在研究高速公路可变速度控制方法，通过分析和探讨其控制策略和算法，以提高高速公路的交通安全性和行车效率。
二、可变速度控制背景与意义在高速公路中，车辆的速度直接影响到交通的安全性、稳定性和效率。
随着车辆类型的多样化、驾驶员的驾驶习惯差异以及天气状况的不可预测性，如何根据实时路况信息调整车速，成为了提高高速公路安全性和效率的关键问题。
因此，研究可变速度控制方法具有重要的现实意义。
三、可变速度控制策略与方法（一）控制策略可变速度控制策略主要包括基于规则的控制策略和基于优化的控制策略。
基于规则的控制策略通过设定一系列的规则来调整车速，如根据道路条件、交通流量、天气状况等因素设定速度阈值。
而基于优化的控制策略则通过建立优化模型，利用数学方法求解最优速度，以达到提高交通效率和安全性的目的。
（二）控制方法可变速度控制方法主要包括基于传感器检测的控制方法和基于通信技术的控制方法。
基于传感器检测的控制方法通过在道路上安装各种传感器，实时检测道路状况和交通流量，从而调整车速。
而基于通信技术的控制方法则通过车辆与道路基础设施之间的通信，实现信息的实时共享和协同控制。
四、可变速度控制算法研究（一）智能算法在可变速度控制中的应用智能算法在可变速度控制中具有重要作用，如神经网络、模糊控制、遗传算法等。
这些算法可以通过学习、自适应等方式，根据实时路况信息调整车速，提高交通效率和安全性。
（二）典型算法分析典型算法包括基于模糊逻辑的控制算法和基于遗传算法的优化方法。
基于模糊逻辑的控制算法可以根据道路条件、交通流量等因素，通过模糊推理得出最优速度。
而基于遗传算法的优化方法则可以通过模拟自然进化过程，寻找最优的速度控制策略。
五、实践应用与效果分析（一）实际应用案例可变速度控制方法已在许多国家和地区得到应用，如美国的I-95高速公路和我国的某些高速公路。
高速路瓶颈上游最佳管控范围研究
高速路瓶颈上游最佳管控范围探究关键词：高速公路瓶颈；管控范围；拥堵问题；探究1. 引言随着我国迅速进步的经济和增长的人口数量，交通拥堵成为越来越普遍的问题。
高速公路作为我国近几年进步迅猛的交通工具，解决了交通运输问题，但由此引起的问题也随之到临。
尤其是高速公路瓶颈区域，由于过境车辆的集聚，屡屡出现交通拥堵的状况。
针对这种状况，如何解决高速公路瓶颈拥堵的问题已经成为一个亟待解决的问题。
2. 文献综述针对高速公路瓶颈的拥堵问题，目前已经进行了大量的探究。
通过对高速公路瓶颈的交通流特征进行探究，可以更好地了解高速路瓶颈的形成机制。
一些探究者提出了一系列的解决方案，如基于智能运输系统的出行路线建议、路网快速优化调度等方法。
但这些方法并没有针对高速路瓶颈上游的最佳管控范围进行系统探究，无法很好地解决高速公路拥堵问题。
3. 探究方法本文通过对高速路瓶颈上游最佳管控范围的探究，探讨了如何有效解决高速公路拥堵问题。
起首，对高速路瓶颈上游路段进行流量观测得到数据，然后对数据进行处理分析，得到该路段的交通流量特征。
接着，对高速路瓶颈上游路段进行模拟，通过屡次模拟得到合适的处理措施，从而确定最佳管控范围。
4. 结果分析通过对高速路瓶颈上游的最佳管控范围进行探究，本文得到了如下的几个结论：（1）管控范围越大，则牵涉到的车辆越多，效果越明显，但同时管控难度也越大，需要投入更多的人力和物力。
（2）管控范围小，则效果不明显，但操作简易，成本较低。
（3）选择最佳管控范围需要依据实际状况进行，一般应该综合思量路段的行车速度、通行能力、流量以及管控人力物力等因素。
5. 结论本文通过对高速路瓶颈上游最佳管控范围的探究，为解决高速公路瓶颈拥堵问题提供了系统的理论依据。
在日后的高速公路管理中，需要依据实际状况选择合适的管控范围，从而更好地解决交通拥堵问题。
6. 谈论除了针对高速路瓶颈上游的最佳管控范围进行探究，还可以通过其他方法来解决高速公路拥堵问题。
高速路瓶颈上游最佳管控范围研究
高速路瓶颈上游最佳管控范围研究随着社会经济的不断发展，交通运输的需求不断增加，高速公路作为快速、便捷的交通工具得到了广泛应用。
然而，随着车辆数量的增加和交通流量的不断上升，高速公路上的瓶颈问题也日益突出。
为了解决这一问题，需要对高速公路瓶颈上游的管控范围进行研究。
首先，高速公路瓶颈上游的管控范围应包括进入高速公路的匝道和连接高速公路的支路。
进入高速公路的匝道是车辆从城市道路进入高速公路的必经之路，因此，对匝道的管控是解决高速公路瓶颈问题的重要环节。
通过合理规划匝道的位置和数量，并采用智能交通系统进行管控，可以有效减少车辆排队等待时间，提高交通运输效率。
其次，连接高速公路的支路也是高速公路瓶颈上游的重要组成部分。
支路的设计和管理直接影响着高速公路的通行能力。
在支路的设计中，应考虑到支路的长度、宽度和设计标准等因素，以确保车辆能够顺利进入和离开高速公路。
此外，对支路的管理也是关键，包括设置合理的交通标志和信号灯，以及加强对支路交通流量的监控和管理，及时疏导交通，减少交通拥堵。
此外，高速公路瓶颈上游的管控范围还应考虑到高速公路出入口及其附近的路段。
出入口是高速公路上车辆进出的关键地点，对其进行管控可以有效缓解交通拥堵。
在出入口的设计中，应合理规划车道数量，设置合理的交通信号灯，并利用智能交通系统对进出口车辆进行精确管控。
此外，在出入口附近的路段，应加强交通信号灯的设置，合理规划车道划分，以减少交通阻塞。
综上所述，高速路瓶颈上游的管控范围包括匝道、支路、出入口及其附近的路段。
通过合理规划和管理这些区域，可以有效缓解高速公路瓶颈问题，提高交通运输效率，为人们提供更加便捷的出行方式。
因此，对高速路瓶颈上游最佳管控范围的研究具有重要意义，有助于改善交通状况，促进社会经济的可持续发展。
利用可变限速解决快速路交织区瓶颈段通行能力陡降问题——以南京
利用可变限速解决快速路交织区瓶颈段通行能力陡降问题——以南京市双桥门快速为例
发表时间：2018-05-31T09:49:53.423Z 来源：《基层建设》2018年第8期作者：蒋咏寒[导读] 摘要：论文通过研究南京市双桥门立交北侧交织区，发现北向南瓶颈段通行能力会下降12.9%、南向北瓶颈段通行能力会下降9.5%。
广州市交通规划研究院摘要：论文通过研究南京市双桥门立交北侧交织区，发现北向南瓶颈段通行能力会下降12.9%、南向北瓶颈段通行能力会下降9.5%。
用PARAMICS软件搭建仿真平台，对无控制和可变限速控制条件进行仿真，结果显示可变限速控制下北向南瓶颈段拥堵时间、通行时间和延误分别下降70.9%、24.7%和69.9%，南向北瓶颈段三个指标分别下降70.5%、19.5%和64.4%。
关键词：快速路；交织区；通行能力陡降；交通仿真；可变限速
多内容较为理想化，在诸多方面存在不足，未来的研究可在以下方面进一步深化：提高数据的精度、增加交织区类型、设定驾驶员不同遵从度等。
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高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究
高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究张乐飞【摘要】为缓解高速公路瓶颈区域产生的交通拥堵,降低交通波对上游交通流的影响,首先对瓶颈区域上游路段进行区间划分,然后在已有宏观交通流模型基础上,引入速度调解率系数,将其作为控制变量建立可变限速控制系统模型;并采用禁忌搜索算法对建立的模型进行求解.仿真结果表明,对高速公路瓶颈区域上游路段实施分区间可变限速联动控制,能有效地抵制瓶颈区域产生的交通波向上游快速传播,能够在一定时空范围内有效地缓解和消除交通拥堵.%In order to reduce traffic jam caused by bottleneck link of freeway, this paper presents a model of variable speed limits by adding a factor of variable speed ratio into the Papageorgiou macroscopic traffic flow model, the factor of variable speed ratio is set as a control variable for the proposed model and Tabu search algorithm is used to solve it. The simulation results show that the variable speed limits model can suppress shock wave spreading out upstream and eliminate traffic jam within limit space-time.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】6页(P78-83)【关键词】高速公路;可变限速;禁忌搜索【作者】张乐飞【作者单位】浙江交通职业技术学院,浙江杭州 311112【正文语种】中文【中图分类】U491目前,高速公路通常以85%位车速作为某一路段或整条主线的限速值,且大多数高速公路以110 km/h或120 km/h作为主线限速值.然而85%位车速改善行车安全的作用取决于车速分布的离散程度,即车速离散性越小,作用越明显.但是,在高流量情况下,一旦前方路段发生交通事件导致车流受阻,产生的交通波将迅速地向上游传播,交通流密度达到临界密度,此时为安全起见,应及时降低上游路段的交通流密度.已有文献在控制交通流密度方面的研究主要有匝道控制和可变限速控制两种方式.前者通过匝道处的交通信号予以实现,后者则通过高速公路上布设的可变限速标志予以显示.实施匝道控制是试图防止进入主线的交通流量过多;实施可变限速控制是为了防止主线交通流的移动速度过快.虽然两种方式都可以降低高速公路主线交通流的密度,但是匝道控制可视为是宏观调控主线交通流密度,无法对主线上某一路段的交通流进行直接干预控制;而可变限速控制则可通过向路侧的可变限速标志发布实时的限速信息直接控制该路段的交通流,因此可视为是微观调控具体某一路段的交通流密度,在实际管控中更具有立竿见影的效果.本文着重解决高速公路主线某一路段产生瓶颈时,如何通过路侧可变限速标志,及时诱导控制上游的交通流,防止上游交通流过快地积聚到下游拥挤区域.然而由于高速公路可变限速控制属于非线性控制问题,求解过程比较复杂,为解决该问题,本文作者提出了一种通过禁忌搜索算法优化求解该过程的方法,并通过仿真实验验证了该方法的有效性,为可变限速控制方法的实际应用提供了一种可借鉴的思路.1 可变限速控制系统建模为了能够对高速公路交通流进行动态的可变限速控制,需要建立能够表征高速公路交通流运行特性的交通流模型,并在此模型基础上构建系统的控制变量,然后通过实时优化系统的目标函数调节该控制变量,以达到动态控制交通流的目的.1.1 宏观交通流模型动态描述高速公路宏观交通流运行特性的模型主要有LWR模型[1]及在LWR模型基础上改进的Payne模型[2]和Papageorgiou模型[3].文献[4]又针对Papageorgiou模型在下游路段发生阻塞时存在的局限性进行了改进,改进后的模型更加符合实际交通流运行情况.本文以文献[4]改进后的模型为基础,构建高速公路宏观交通流模型,并在1.3节中对其进行了扩展,建立了用于可变限速控制的模型.高速公路路段如图1所示.图1 高速公路路段示意图Fig.1 Sections of freeway将高速公路主线划分为N个区间,各区间长度为Li,则根据流量守恒原则及交通流各参数间的关系模型,详细推导过程及参数意义可参见文献[4].图1中区间 i下一时段的交通流密度,受区间i当前时段交通流密度和上游相邻区间交通流量的影响,其交通流密度表达式为式中：ki(n)表示区间 i在第nT时段的交通流密度;qi(n)表示区间 i在第nT时段的平均交通流量表示第i区间长度(n)表示区间i匝道进口流量(n)表示区间 i匝道出口流量;T表示控制时间步长.区间i下一时段的交通流量与当前区间和上游相邻区间的密度和速度有关,其交通流量为.式中,vi(n)表示区间i内的交通流在第nT时段的平均速度;α为系数,此处确定为0.95.区间i下一时段的交通流速度既受下游相邻区间密度影响,又受区间i本身密度的影响,其速度为式中：V e[ki(◦)]为交通流稳定状态时的速度-密度关系式;μ(n)为修正式;τ为常数20.4;χ为常数4;ψ为常数40.当交通流稳定状态时的速度-密度关系为式中：v f为自由流速度,93 km/h;k jam为标定的最大交通流密度,110辆/车道◦km;l为常数1.86;m 为常数4.05;ρ为常数120;σ为常数35;μ1为常数12;μ2为常数6.1.2 可变限速区域划分如图1所示,已有宏观交通流模型是以进出口匝道为边界对高速公路主线进行区间划分,划分的目的是为了方便计算相邻进出口匝道间路段的交通流量,便于优化匝道调解率.然而,当高速公路主线某处发生交通事故后,为避免上游车辆快速地驶向事故路段,最直接有效的控制方法即是对上游路段进行限速控制.但是,如何界定限速的空间范围目前缺乏相应的理论依据.如果以文献[4]中划分的各区间作为限速区间,在实际应用中是不现实的,实际高速公路相邻进出口匝道间的路段长度通常十至几十千米,而事故发生时需要对事故路段最近的区域及时进行限速控制,且为安全起见车辆不能骤然减速,因此需要对事故路段上游进行区域划分,分成N个减速区间.由交通波理论可知,瓶颈引起的交通波传播速度为式中：v w为交通波速度;v f为自由流速度;η为标准化密度.由式(6)可知,若瓶颈区域持续的时间为Δt,则受影响的路段长度为式中：L con为受瓶颈影响的路段长度;Δt为瓶颈区域持续的时间.因此,可将受影响的路段作为限速控制区域,并将其划分为N个区间,分区间限速控制.1.3 可变限速控制模型对高速公路主线进行可变限速控制时,通常以发现瓶颈作为时间控制起点,以消除瓶颈作为时间控制终点,以瓶颈影响的区域作为空间控制范围,在上述时空范围内对上游各区间进行限速控制,以抵消瓶颈处产生的交通波对上游交通流的影响.然而,在进行可变限速控制时,既要从安全的角度考虑降低上游交通流的行驶速度,也要兼顾确保高速公路快速输送交通流的目标,因此,本文在进行可变限速控制时,以瓶颈区域交通流量最大化为目标函数,通过优化该目标函数求得上游各区间最佳限速值,目标函数表达式为式中,q b(n)表示瓶颈区域的临界交通流量,为了能够对上游各区间的速度进行调节,本文将式(4)进行改进,增加一个调解率系数λi(n),表示第i区间速度的调解率,改进后的公式为此外,本文仅分析如何对上游路段进行限速控制,因此假定上游路段无匝道进出口,进而将式(1)简化为下式本文提出的可变限速控制模型中为控制变量,通过调整第n个控制时间步长各区间速度的调解率,实现对各区间速度的控制.可见,通过调整,将实现交通流在各区间内密度和速度的重新分布,交通流的运行状态最终发生了改变.2 可变限速控制模型求解算法由前述分析可知,可变限速控制是通过调整各区间合理的限速值,达到均衡交通流,提高交通运输效率的目的.然而,采用数解法直接求解可变限速控制模型较为困难,为有效解决该问题,本文尝试采用禁忌搜索算法[5-6]对模型进行求解.1) 初始解确定.初始时,交通事故或施工导致的瓶颈区域已确定,受瓶颈区域影响的上游区域即可变限速控制区域,控制区域的范围需根据瓶颈区域的通行能力确定.从安全性角度考虑,行车过程中需避免突然减速,为此,本文将控制区域划分为 N个区间,通过调整各区间合理的速度分布值达到行车安全目的.系统初始化时,瓶颈区域临界交通流量 (n)已知,各区间速度和交通流密度已知,各区间的速度调解率均为1,即不需要调节,Λ(0)=[1,1,…,1,…,1].经过一个时间步长 T,则改变各区间的调解率,进而改变下一个控制时间步长内各区间的速度期望值.2) 赦免准则.赦免准则为：在每一次搜索过程中,记录已获取的最优解向量 (n),一旦候选集中的解全都被禁忌时,则选择其中最优解Λcan(n),并将Λcan(n)解禁,设置为下一个可行解.如果Λcan(n)优于(n),则将(n)设置为当前最优解.3) 邻域结构.可变限速控制系统在每个控制时间步长 T求得的解为N维向量Λ(n),该解的邻域结构可由如下邻域移动方法求得：设Λ(n)中元素λi(n)的值为,将设置为与原值不相等的任意一个值,Λ(n)中每个元素的变化都遵从上述移动规则,各元素移动后的解向量即为当前解的邻域结构,其中那些符合赦免准则的解或者没有被禁忌的解会组成当前解的候选集.4) 候选集.通常依据问题的规模确定,如果问题规模较小,则当前最优解邻域较少,此时可采用全邻域搜索;如果问题的规模较大时,则从邻域中选择若干个相对较优的邻域构成候选集.5) 终止条件.禁忌搜索算法与遗传算法、模拟退火算法较为相似,需设定优化迭代的终止条件.终止条件的设定方式较多,本文采取连续无改进原则结束程序执行：即设置一个最优解的迭代次数上限值,若在给定的上限范围内,目标函数值没有得到优化,便认为本算法的搜索过程进入循环,不能找到新的最优解,停止搜索,输出已经找到的最优解.3 仿真实验仿真实验借助开源交通微观仿真软件SUMO完成,采用Python脚本语言编写算法,算法中需要的各区间交通流平均速度、交通流密度及交通流量等实时参数通过SUMO提供的交通控制接口(TCI)[7]完成,将优化后的各区间可变限速值亦通过TCI 接口发送给SUMO环境下设置的各区间可变限速标志,车辆则对可变限速标志显示的数值给予实时响应.在实验中,选取了13 km路段,瓶颈区域范围为1 km,受瓶颈区域影响的空间范围为瓶颈区域上游6 km,影响的时间范围为1 h,各区间路段见图2所示.因此,在设计时,将上游12 km以1 km为间隔,划分为12个区间段,区间7至区间12为实施可变限速控制区域,区间1至区间6为未实施可变限速控制区域;控制的时间步长 T为60 s,整个控制时长为60个控制周期,即n=1,2,…,60.瓶颈区域的临界通行能力 q b为1 500 pcu/h,仿真过程中产生的流量范围为2 500 pcu/h至4 000 pcu/h,且流量产生服从泊松分布,仿真前500 s为平衡路网流量时段,500 s结束时作为可变限速控制系统的初始时刻,各区间初始密度和速度见表1所示.实验分为两种情况,即对区间7至区间12实施可变限速控制和全路段不实施可变限速控制.图2 高速公路瓶颈路段示意图Fig.2 Bottleneck sections of freeway表1 各区间初始交通流密度和交通流平均速度Tab.1 Initial speeds and densities of traffic flow at different ranges区间编号各区间平均密度/(pcu/km◦lane)各区间平均速度/(km/h)1234567891 0 11 12 19 17 20 20 20 15 20 16 13 13 16 14 80 82 84 84 82 83 81 82 84 88 84 833.1 无可变限速控制不实施可变限速控制时,瓶颈区域产生的交通波从区间12开始迅速向上游传递,1 h 后,其影响范围已延伸至区间7,如图3(b)所示;图3(a)可看出拥堵产生、传递过程中各区间速度的变化.由图3(a)、图3(b)可以看出,当主线产生瓶颈区域时,如果不实施可变限速控制,则上游交通流依然以较高的速度向下游行驶,而此时下游产生的交通波快速向上游传递,最终导致交通拥堵范围不断扩大,交通流速度急剧下降,交通流密度急剧升高,这种现象的发生无论是对交通安全还是对主线运输效率都将产生不利的影响.图3 无控制时各区间速度、密度变化图Fig.3 Speeds and densities under no control condition3.2 实施可变限速控制针对3.1节中的现象,在同样的交通背景下,采用本文设计的可变限速控制方法对受影响的区间12至区间7进行速度优化调节.考虑驾驶员行车减速安全及对限速值的敏感程度,本文将通过调解率调节后的限速值以5的倍数进行离散化,优化计算后的限速值形如50,55,60,70等整数.图4(a)、图4(b)为实施可变限速控制后的各区间速度、密度变化图.从图中可以看出,主线下游瓶颈产生后,及时调整上游各区间的速度值,可有效防止上游交通流快速涌向下游拥堵路段,各区间交通流密度虽然也经历了一个增长过程,但是随着各区间速度的联动调节,各区间密度随即减小,最终各区间交通流密度和速度趋于稳定,主线及瓶颈区域的交通流量均达到最大化.图4 实施控制后各区间速度、密度变化图Fig.4 Speeds and densities under control condition3.3 实验结果分析由于高速公路车速较快,一旦下游某处发生瓶颈,产生的交通波会快速地向上游传播,此时如果不对上游车辆进行速度控制,则上游的续进交通流依然快速涌向下游,当与传递过来的交通波相遇时,交通流的速度将急剧下降,产生breakdown现象,如图3(a)所示.产生这一现象的原因,是由于交通流无法在有限的时间和空间范围内进行平滑过渡、平稳调整,导致骤然波动.尤其是交通流骤然波动产生的后果将使受影响的区域不断扩大,因此,当下游发生瓶颈后,及时调整限制上游车辆速度确有必要.从实施可变限速控制前后的对比结果可以看出,未实施可变限速控制,交通流受瓶颈区域的影响需经历6个区间的空间调整和1 h的时间调整后,速度才开始逐渐恢复;而实施可变限速控制后,交通流在受影响的第30 min时密度便开始降低下来,如图4(b)所示,而各区间的交通流速度也能够保证一个平缓的过渡,如图4(a)所示,最终使主线及瓶颈区域的交通流量均达到最大化.此外,由图4(b)可以看出,实施可变限速控制,并不能完全消除交通波,在瓶颈发生的初始阶段,交通波依旧会产生,在一定的时空范围内依然会影响部分交通流.但是,很显然,实施可变限速控制后,能够抑制交通波的传播,缩小交通流受影响的时空范围,同时提高了交通运输效率.4 结论1) 本文针对高速公路经常出现的瓶颈区域交通拥堵现象,对已有宏观交通流模型进行了扩展,引入了调解率系数,从而建立了可变限速控制系统模型,使其能够描述高速公路可变限速控制的运动过程.2) 为解决可变限速控制模型优化求解过程中的复杂数值计算,本文采用禁忌搜索算法对建立的模型进行求解,降低了优化计算过程的复杂度,使得所提出的可变限速控制方法的动态实施成为可能.3) 实验结果表明,对高速公路瓶颈区域上游路段进行分区间可变限速联动控制,虽然不能完全消除瓶颈区域产生的交通波,但可以有效地抵制该交通波向上游快速地传播,是直接调控交通流密度的一种有效方法,能够在一定时空范围内有效地缓解和消除交通拥堵,提高道路交通运输效率.参考文献(References)：[1]Lighthill M J,Whitham G B.On kinematic waves Ⅱ ：A theory of trafficflow on long crowded Roads[C]//Proceedings of the RoyalSociety,London,Series A,1955,229(1178)：317-345.[2]Payne H J.Models of freeway traffic and control[J].Mathematical Models of Public Systems,1971,1：51-61.[3]Papageorgiou M,Blossevile J M,Hadj Salem H.Macroscopic modeling of traffic flow on the Boulevard Peripherique in Paris[J].Transportation Research(Part B),1989,23(1)：29-47.[4]Chen C 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高速公路瓶颈路段限速梯级过渡段长度设计
高速公路瓶颈路段限速梯级过渡段长度设计
温志刚
【期刊名称】《科技通报》
【年(卷),期】2017(33)10
【摘要】速度限制是道路交通控制的重要保证措施,尤其在恶劣天气下,道路的摩擦系数较小,车辆的行驶速度无法统一进行控制,因此高速公路瓶颈路段的道路拥堵问
题亟待解决。
为此,提出高速公路瓶颈路段限速梯级过渡段的长度设计。
首先,结合
速度调解率函数,构建控制变量函数,从而确定速度-密度状态函数;其次,结合实际交
通情况,设计动态限速控制方法,构建安全行驶约束模型,确定高速公路瓶颈路段限速梯级过渡段的长度。
实验发现,在确定了高速公路瓶颈路段的限速梯级过渡段后,可
以有效控制车辆行驶速度,调控高速公路瓶颈路段的交通流密度,改善交通拥堵情况。
【总页数】4页(P214-217)
【关键词】高速公路;瓶颈路段;限速控制;梯级过渡段
【作者】温志刚
【作者单位】山西警察学院交通管理系
【正文语种】中文
【中图分类】U391
【相关文献】
1.某高速公路软基路段过渡性路面加铺改造设计 [J], 邝清娴;罗旭东;刘事莲
2.高速公路桥头过渡路段优化设计 [J], 曾伟;苑红凯;段晓沛;郎瑞卿;贺小青
3.高速公路连拱隧道出入口过渡段长度设计的探讨 [J], 宋俊涛
4.高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究 [J], 张乐飞
5.基于间隙接受理论的高速公路养护作业区过渡缓冲段长度设计研究 [J], 刘天龙;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第５ ０卷 第 ２期 ２ ０ １ ５年 ４月
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文章编号 ： ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ － ０ ３ ５ ４ － ０ ７
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ２ ３
高 速公 路 瓶 颈 区域 可 变 限速 阶梯 控 制 方 法
杨庆 芳 ， 马 明辉 ， 梁士栋 ， 李 志林
（ １ ．吉林大学汽车动态模拟 国家重点实验室 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２； ２ ．吉林 大学 交通 学院 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘
要： 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
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关键词 ： 高速公 路 ； 瓶颈区域 ； 可变 限速控制 ； 元胞传输模 型 ； 优化控制模型
中 图分 类 号 ：Ｕ ４ ９ １ 文 献标 志码 ： Ａ
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