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專業(yè)課課程論文題 目高速道路入口匝道控制方法 學 院機械交通學院 專 業(yè)交通工程 班級 交工071 姓 名米爾吾也提.瑪依塔烏 學號073734117 指導教師 李鑫 職稱 講 師 2011年 04 月 05 日高速道路入口匝道控制方法作者 米爾吾也提.瑪依塔烏 指導老師 李鑫摘要: 目前高速公路上周期性、非周期性的交通擁擠降低了高速公路的運行效率, 增加了能源消耗和環(huán)境污染, 采用合理的交通控制可有效地改善這一狀況。而入口匝道控制是高速公路應用最為廣泛的一種控制方法。關鍵詞: 入口匝道控制; 定時控制; 算法分類前言（引言）：高速公路交通量的增加使得交通擁擠日趨嚴重, 高速公路的運行效率和安全性也因此大為降低, 擁擠的產(chǎn)生加劇了環(huán)境的污染和能源的消耗。改善高速公路交通擁擠的方法有很多, 入口匝道控制是目前應用最為廣泛的一種方法。它通過控制進入高速公路的車輛數(shù)目使高速公路交通流運行在最佳狀態(tài), 從而提高高速公路的運行效率, 避免阻塞的產(chǎn)生 1, 2。正文：1 入口匝道控制的算法分類入口匝道控制有多種分類方法(見圖1)。如圖1所示, 匝道控制按照受控匝道數(shù)目可分為單匝道控制和匝道整體控制; 按照調節(jié)率相對于時鐘是否固定可分為入口匝道定時調節(jié)和入口匝道動態(tài)調節(jié);按照調節(jié)目的可分為入口匝道匯合控制和用于消除擁擠的入口匝道控制。本文主要介紹用于消除擁擠的入口匝道控制算法。按照控制匝 單匝道控制道數(shù)目分類 匝道整體控制 按照調節(jié)率相對于 入口匝道定時調節(jié)時鐘是否固定分類 入口匝道動態(tài)調節(jié)按照調節(jié)目的分類 入口匝道匯合控制用于消除擁擠的入口匝道控制圖1 入口匝道控制的分類1.1 單入口匝道控制1.1.1 單入口匝道定時控制定時控制是指調節(jié)率預先給定的, 在某一段時間的運行是固定不變的, 這種控制方式是根據(jù)歷史情況的調查, 掌握交通流的統(tǒng)計情況, 把一天分為若干個時段, 假定每個時段內交通流狀況近似不變,以此作為依據(jù)來確定每個時段內單個匝道不變的入口調節(jié)率, 這種方式不能適應交通流的隨機變化3。1.1.2 單入口匝道交通響應型控制交通響應型匝道控制是根據(jù)實時車流檢測信息調節(jié)匝道入口流量, 使主線上的交通狀態(tài)保持在最優(yōu)設定點的領域內, 具體又分為以下幾種:1.1.2.1 需求-容量差額控制4在實時比較匝道上游交通量和下游交通量的基礎上選擇匝道調節(jié)率, 其目標是很好地利用有效道路容量, 這種方法在北美比較常用(參見圖2)。高速公里qU qaut （OCUT） P r圖2高速公路路段由圖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飽和容量;qu 匝道上游的路段流量;Oout 匝道下游的車輛占有率;Ocr 臨界占有率, 即一個控制閾值, 在達到臨界占有率情況下, 交通流達到最大;rmin 預設的匝道最小流入量。以上是一個開環(huán)控制方法, 其抗干擾能力較差。1.1.2.2 需求-容量差額和占有率控制4, 5通過測量占有率值, 用經(jīng)驗公式來估算下游剩余的通行能力qcap, 如果匝道下游檢測器處的占有率比臨界占有率 Ocr小, 則qcap為正, 否則qcap為負。qcap為負說明該段高速公路的交通量超過了通行能力, 應采用最小調節(jié)率。否則采用美國安全研究所提供的公式( 2)估算qcap, 并按公式(3)調節(jié)匝道調節(jié)率。qcap( 1-Oout( k- 1)2 ,Oout( k- 1)Ocrqcap= Ocr (2) qcap( 1-Oout( k- 1)2 ,Oout( k- 1)Ocr Ocr2. 入口匝道整體控制2.2.1 入口匝道定時整體控制2入口匝道定時整體控制算法將一天分為若干個時段, 將高速公路分為若干個路段, 在每個時段每個路段的交通流近似穩(wěn)定均勻時, 建立一個描述交通流狀態(tài)只隨道路空間變化的穩(wěn)態(tài)模型, 根據(jù)歷史資料確定的交通需求、道路容量和交通模型, 按照某項性能指標, 并考慮一定的約束條件, 求解一組最優(yōu)的入口匝道調節(jié)率?；镜目刂颇Ｐ褪且匀朐颜{節(jié)率r為控制變量, 以系統(tǒng)旅行總路程、總旅行時間和系統(tǒng)總入匝量的最大化或最小化作為設計目標, 以通行能力和匝道調節(jié)能力為主要約束, 采用線性規(guī)劃或二次規(guī)劃方法予以解決。2.2.2 入口匝道動態(tài)整體控制2,6,7高速公路定時段入口匝道控制不能消除由于意外事件而引起的偶發(fā)性交通擁擠, 要解決這一問題需要實行動態(tài)控制, 即實時檢測現(xiàn)場交通狀態(tài)信息, 并調節(jié)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歷史數(shù)據(jù)進行靜態(tài)控制的定時控制方法, 后來發(fā)展了交通響應型控制方法以及啟發(fā)式算法、試錯法, 基于自動控制理論的嚴格的系統(tǒng)方法。這些算法可對交通狀況做出及時反應, 控制效果也比定時算法有了改進, 但學習的魯棒性還有所不足。同時傳統(tǒng)的匝道控制器設計方法多要求將高速公路流的非線性偏微分方程模型簡化成一個線性差分方程模型, 這種簡化會影響控制的性能, 因此某些研究者轉而考慮設計智能控制器利用模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)進行控制。在控制結構上, 當高速公路上發(fā)生異常事件時, 原來用于控制的交通模型往往不能再適應這種情況, 只有及時檢測到事件的發(fā)生并適當?shù)恼{整模型才能讓控制具有自適應能力, 同時需要提高控制的可靠性, 因此又產(chǎn)生了高速公路交通多層分散控制系統(tǒng)?？梢灶A見, 未來具有發(fā)展前景的控制方法研究領域是設計大規(guī)模網(wǎng)絡的分級控制, 能對短期的交通需求進行預測并能計算出整個網(wǎng)絡的入口匝道協(xié)調控制值, 并能實時反饋控制以后的狀態(tài)信息, 對決策及時進行調整。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的學習功能, 可以進行在線學習, 所以在高速公路的交通多層分散控制系統(tǒng)中, 引入神經(jīng)網(wǎng)絡控制或預測可能會有比較好的效果。另外從交通工程實踐來看, 入口匝道控制是改善高速公路交通擁擠的有效方法, 美國、英國、法國、德國等均開展了入口匝道控制的實踐。美國早在60年代就開始在芝加哥CongressStreet (現(xiàn)Eisenho-wer )快速干道上實施了入口匝道控制, 而我國的匝道控制研究起步較晚, 目前我國高速公路建設中設計通行能力很多大于目前的交通需求, 系統(tǒng)自身的調節(jié)能力較強, 因此可根據(jù)實際情況采用定時控制方案。但隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展, 交通量將日趨增大, 如上海外環(huán)線部分路段晝夜交通量已超過8萬輛, 一些大城市的高速道路和地區(qū)間的高速公路,例如北京、上海的環(huán)城高速公路已經(jīng)開始出現(xiàn)程度不一的堵塞情況, 因此我國研究和實施匝道控制的重要性也凸顯出來。隨著高速公路信息化的發(fā)展,公路建設的附屬工程中一般都完成了通信、收費、監(jiān)控三大系統(tǒng)的施工, 埋設了檢測線圈等交通檢測設備, 為完成交通自動控制系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的硬件條件。上海、廣州、北京等城市的部分高架道路、環(huán)城高速公路都在實驗并實現(xiàn)了一定的匝控制。4.環(huán)形放射式路網(wǎng)的實際使用范圍研究環(huán)形放射式路網(wǎng)的實際使用范圍時, 必須考慮放射干道對市中心造成的交通壓力, 因此不可無限接近市中心, 只允許其通到某一確定的最小范圍 最內環(huán)上。一般的操作方法就是繼續(xù)保持市中心區(qū)的繁華, 在市中心區(qū)外圍開始設置城市干道網(wǎng)的最內環(huán)。理論方面, 據(jù)相關研究1, 環(huán)形放射式系統(tǒng)中最內層的環(huán)以到市中心區(qū)的半徑不小于0.2R(R為外環(huán)干道的半徑)為宜。在這種條件下, 城市整體路網(wǎng)按環(huán)形放射式布置, 其中心區(qū)按棋盤式布置比較合理。這種組合既能減輕市中心區(qū)的交通壓力, 又能發(fā)揮環(huán)形放射式路網(wǎng)交通聯(lián)系便捷的優(yōu)點。5 結語研究城市快速路布局方法, 旨在使規(guī)劃路網(wǎng)具有較高的交通效率且能盡量避免快速路所造成的對城市空間分割的負面影響并能節(jié)省投資。本文在構建路網(wǎng)結構特性指標的基礎上, 提出了基于仿生學原理的快速路線網(wǎng)布局的蛛網(wǎng)理論, 即在覆蓋面積和路網(wǎng)密度相等的條件下, 類似蛛網(wǎng)的環(huán)形放射式路網(wǎng)結構是交通效率最高的路網(wǎng)結構型式。同時,本文對此理論給予了證明, 探討了應用蛛網(wǎng)理論進行快速路線網(wǎng)布局時環(huán)線間隔及射線條數(shù)的組合分布問題, 最后指出了蛛網(wǎng)理論應用于包括快速路在內的干道網(wǎng)布局時應注意的幾點問題。對于如何根據(jù)快速路所能提供的流量要求及上快速路的時間要求來具體確定快速路的最內環(huán)半徑是需要進一步研究的問題。參考文獻：1 蘇.M.C費舍里松(著) , 任福田, 等(譯) . 城市交通M. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1984.2 李旭宏. 道路交通規(guī)劃M. 南京: