9999封面(交通控制系统导论).doc

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1、专业课课程论文题 目高速道路入口匝道控制方法 学 院机械交通学院 专 业交通工程 班级 交工071 姓 名米尔吾也提.玛依塔乌 学号073734117 指导教师 李鑫 职称 讲 师 2011年 04 月 05 日高速道路入口匝道控制方法作者 米尔吾也提.玛依塔乌 指导老师 李鑫摘要: 目前高速公路上周期性、非周期性的交通拥挤降低了高速公路的运行效率, 增加了能源消耗和环境污染, 采用合理的交通控制可有效地改善这一状况。而入口匝道控制是高速公路应用最为广泛的一种控制方法。关键词: 入口匝道控制; 定时控制; 算法分类前言（引言）：高速公路交通量的增加使得交通拥挤日趋严重, 高速公路的运行效率和安

2、全性也因此大为降低, 拥挤的产生加剧了环境的污染和能源的消耗。改善高速公路交通拥挤的方法有很多, 入口匝道控制是目前应用最为广泛的一种方法。它通过控制进入高速公路的车辆数目使高速公路交通流运行在最佳状态, 从而提高高速公路的运行效率, 避免阻塞的产生 1, 2。正文：1 入口匝道控制的算法分类入口匝道控制有多种分类方法(见图1)。如图1所示, 匝道控制按照受控匝道数目可分为单匝道控制和匝道整体控制; 按照调节率相对于时钟是否固定可分为入口匝道定时调节和入口匝道动态调节;按照调节目的可分为入口匝道汇合控制和用于消除拥挤的入口匝道控制。本文主要介绍用于消除拥挤的入口匝道控制算法。按照控制匝 单匝道

3、控制道数目分类 匝道整体控制 按照调节率相对于 入口匝道定时调节时钟是否固定分类 入口匝道动态调节按照调节目的分类 入口匝道汇合控制用于消除拥挤的入口匝道控制图1 入口匝道控制的分类1.1 单入口匝道控制1.1.1 单入口匝道定时控制定时控制是指调节率预先给定的, 在某一段时间的运行是固定不变的, 这种控制方式是根据历史情况的调查, 掌握交通流的统计情况, 把一天分为若干个时段, 假定每个时段内交通流状况近似不变,以此作为依据来确定每个时段内单个匝道不变的入口调节率, 这种方式不能适应交通流的随机变化3。1.1.2 单入口匝道交通响应型控制交通响应型匝道控制是根据实时车流检测信息调节匝道入口流

4、量, 使主线上的交通状态保持在最优设定点的领域内, 具体又分为以下几种:1.1.2.1 需求-容量差额控制4在实时比较匝道上游交通量和下游交通量的基础上选择匝道调节率, 其目标是很好地利用有效道路容量, 这种方法在北美比较常用(参见图2)。高速公里qU qaut （OCUT） P r图2高速公路路段由图2可得 qcap- qu( k- 1) Oout( k)Ocrr( k) = （1） rmin Oout( k) Oc式中: qcap 匝道下游高速公路路段的饱和容量;qu 匝道上游的路段流量;Oout 匝道下游的车辆占有率;Ocr 临界占有率, 即一个控制阈值, 在达到临界占有率情况下, 交通

5、流达到最大;rmin 预设的匝道最小流入量。以上是一个开环控制方法, 其抗干扰能力较差。1.1.2.2 需求-容量差额和占有率控制4, 5通过测量占有率值, 用经验公式来估算下游剩余的通行能力qcap, 如果匝道下游检测器处的占有率比临界占有率 Ocr小, 则qcap为正, 否则qcap为负。qcap为负说明该段高速公路的交通量超过了通行能力, 应采用最小调节率。否则采用美国安全研究所提供的公式( 2)估算qcap, 并按公式(3)调节匝道调节率。qcap( 1-Oout( k- 1)2 ,Oout( k- 1)Ocrqcap= Ocr (2) qcap( 1-Oout( k- 1)2 ,Oo

6、ut( k- 1)Ocr Ocr2. 入口匝道整体控制2.2.1 入口匝道定时整体控制2入口匝道定时整体控制算法将一天分为若干个时段, 将高速公路分为若干个路段, 在每个时段每个路段的交通流近似稳定均匀时, 建立一个描述交通流状态只随道路空间变化的稳态模型, 根据历史资料确定的交通需求、道路容量和交通模型, 按照某项性能指标, 并考虑一定的约束条件, 求解一组最优的入口匝道调节率。基本的控制模型是以入匝调节率r为控制变量, 以系统旅行总路程、总旅行时间和系统总入匝量的最大化或最小化作为设计目标, 以通行能力和匝道调节能力为主要约束, 采用线性规划或二次规划方法予以解决。2.2.2 入口匝道动态

7、整体控制2,6,7高速公路定时段入口匝道控制不能消除由于意外事件而引起的偶发性交通拥挤, 要解决这一问题需要实行动态控制, 即实时检测现场交通状态信息, 并调节入口匝道控制量。3 入口匝道控制算法的展望入口匝道控制早期是依靠历史数据进行静态控制的定时控制方法, 后来发展了交通响应型控制方法以及启发式算法、试错法, 基于自动控制理论的严格的系统方法。这些算法可对交通状况做出及时反应, 控制效果也比定时算法有了改进, 但学习的鲁棒性还有所不足。同时传统的匝道控制器设计方法多要求将高速公路流的非线性偏微分方程模型简化成一个线性差分方程模型, 这种简化会影响控制的性能, 因此某些研究者转而考虑设计智能

8、控制器利用模糊控制、人工神经网络和专家系统进行控制。在控制结构上, 当高速公路上发生异常事件时, 原来用于控制的交通模型往往不能再适应这种情况, 只有及时检测到事件的发生并适当的调整模型才能让控制具有自适应能力, 同时需要提高控制的可靠性, 因此又产生了高速公路交通多层分散控制系统。可以预见, 未来具有发展前景的控制方法研究领域是设计大规模网络的分级控制, 能对短期的交通需求进行预测并能计算出整个网络的入口匝道协调控制值, 并能实时反馈控制以后的状态信息, 对决策及时进行调整。由于人工神经网络的学习功能, 可以进行在线学习, 所以在高速公路的交通多层分散控制系统中, 引入神经网络控制或预测可能

9、会有比较好的效果。另外从交通工程实践来看, 入口匝道控制是改善高速公路交通拥挤的有效方法, 美国、英国、法国、德国等均开展了入口匝道控制的实践。美国早在60年代就开始在芝加哥CongressStreet (现Eisenho-wer )快速干道上实施了入口匝道控制, 而我国的匝道控制研究起步较晚, 目前我国高速公路建设中设计通行能力很多大于目前的交通需求, 系统自身的调节能力较强, 因此可根据实际情况采用定时控制方案。但随着经济的进一步发展, 交通量将日趋增大, 如上海外环线部分路段昼夜交通量已超过8万辆, 一些大城市的高速道路和地区间的高速公路,例如北京、上海的环城高速公路已经开始出现程度不一

10、的堵塞情况, 因此我国研究和实施匝道控制的重要性也凸显出来。随着高速公路信息化的发展,公路建设的附属工程中一般都完成了通信、收费、监控三大系统的施工, 埋设了检测线圈等交通检测设备, 为完成交通自动控制系统创造了良好的硬件条件。上海、广州、北京等城市的部分高架道路、环城高速公路都在实验并实现了一定的匝控制。4.环形放射式路网的实际使用范围研究环形放射式路网的实际使用范围时, 必须考虑放射干道对市中心造成的交通压力, 因此不可无限接近市中心, 只允许其通到某一确定的最小范围 最内环上。一般的操作方法就是继续保持市中心区的繁华, 在市中心区外围开始设置城市干道网的最内环。理论方面, 据相关研究1,

11、 环形放射式系统中最内层的环以到市中心区的半径不小于0.2R(R为外环干道的半径)为宜。在这种条件下, 城市整体路网按环形放射式布置, 其中心区按棋盘式布置比较合理。这种组合既能减轻市中心区的交通压力, 又能发挥环形放射式路网交通联系便捷的优点。5 结语研究城市快速路布局方法, 旨在使规划路网具有较高的交通效率且能尽量避免快速路所造成的对城市空间分割的负面影响并能节省投资。本文在构建路网结构特性指标的基础上, 提出了基于仿生学原理的快速路线网布局的蛛网理论, 即在覆盖面积和路网密度相等的条件下, 类似蛛网的环形放射式路网结构是交通效率最高的路网结构型式。同时,本文对此理论给予了证明, 探讨了应

12、用蛛网理论进行快速路线网布局时环线间隔及射线条数的组合分布问题, 最后指出了蛛网理论应用于包括快速路在内的干道网布局时应注意的几点问题。对于如何根据快速路所能提供的流量要求及上快速路的时间要求来具体确定快速路的最内环半径是需要进一步研究的问题。参考文献：1 苏.M.C费舍里松(著) , 任福田, 等(译) . 城市交通M. 北京: 中国建筑工业出版社, 1984.2 李旭宏. 道路交通规划M. 南京: 东南大学出版社, 1997.3 GB 50220- 95, 城市道路交通规划设计规范S.4 郝小妮. 我国城市快速路布局方法研究D. 西安: 长安大学, 2003.5 刘伟铭. 高速公路系统控制方法M. 北京: 人民交通出版社, 1998.6 王亦兵, 韩曾晋, 贺国光. 城市高速公路交通控制综述J. 自动化学报, 1998, 24( 4) : 484- 493.