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高速公路交通控制与诱导方法的研究

张俊友  
【摘要】:高速公路是由不同投资主体建设并管理的收费道路,路段管理系统之间缺乏有效的协调机制。目前,大多数城市的交通管理没有与高速公路交通管理融为一体,尚未把高速公路路网的交通流运行状态作为城市交通控制的目标,出现了高速公路交通高峰时段的拥堵现象。本文围绕提高高速公路的交通流量,解决交通拥堵的问题,提出了高速公路交通控制与诱导的方法。 首先,根据高速公路与城市道路的连接关系,对高速公路与城市道路之间的交通流相互影响进行了分析,应用高速公路的通行能力与城市道路的交通需求平衡的理论,提出了高速公路与城市道路交通管理系统之间的分层递阶协调方法。应用该方法,通过对诱导效果的检测评价,可以及时地调整控制与诱导措施,使得控制和诱导协调一致。 其次,针对高速公路双向隔离的交通特点和几何网络相似的特性,运用图论的方法,建立了高速公路的网络结构,以准确地表达高速公路路段之间的连接关系以及车辆的行驶路径。在所建立的网络结构的基础上,应用网络可行流理论,按照路网的平衡和容量条件,建立了高速公路及与之相连接的城市道路的交通流分析模型,并在确定模型参数的基础上,提出了高速公路网络最大交通流的求解方法。 第三,根据高速公路运行的实时监控信息,在分析计算各个路段通行能力的基础上,建立了高速公路交通流的控制与诱导模型,主要包括流量预测模型、速度控制模型、路网交通负荷调节模型和匝道控制模型。应用该模型,根据路网交通流分析的路段最大允许交通流量,结合当前交通流量以及预测交通流量,对路网的交通流量、车辆行驶路径与运行状态进行控制与诱导,实现均衡路网交通流分布的目的,以防止交通状态不稳定的路段影响邻接路段甚至整个路网的交通顺畅。 第四,通过对高速公路收费站与城市道路连接路段交叉口的通行能力及影响因素的分析,建立了高速公路收费站与交叉口的交通流量和通行能力协调控制模型。该协调控制模型以高速公路的通行能力作为交通控制与诱导的依据,通过实时的调整信号控制系统的参数,使得交叉口的通行能力与交通流量适应高速公路的交通状态变化,预防出现高速公路交通拥挤状态。 第五,以Microsoft Visual Basic作为开发平台,运用ESRI公司的MapObjects地理信息系统控件,建立了高速公路交通管理的仿真模型,研制了相应的仿真原型系统软件。所开发的仿真系统能够根据道路交通信息,实时分析道路网络的交通负荷以及路网中各个路段的通行能力与允许的交通流量,可以实现对高速公路交通流的控制和诱导。仿真结果表明,该系统可以有效地维持路网交通运行的稳定状态,从而提高高速公路的通行能力。


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