城市快速路与常规道路衔接控制优化方法研究

作     者：柳雪丽 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋永朝

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：交通拥堵 交通特性 交通状态 调节率 协调控制 

摘      要：城市快速路是道路网络的主要骨架,主要满足大容量、远距离的出行。近几年由于城市规模的扩大,城市路网拥堵日益严峻,快速路与常规道路的衔接区域由于行驶速度降低、通行能力不匹配等原因已经成为“交通瓶颈,早期的路网规划不足和管理方法低效已经使快速路难以发挥其快速高效的作用。因此,本文基于感应控制理论和方法,综合分析快速路主路与相邻辅路和上下游交叉口的交通状态差异,对快速路与常规道路衔接区域的协调控制方法进行优化,使快速路系统的运行效率最优。首先,考虑快速路与常规道路的道路类型和各自特点,分析了快速路与常规道路的衔接特性以及出现的交通问题。通过对快速路与常规道路的衔接方式分析,总结了常用的立交型式及其各自适用特点。针对不同结构类型的出入口匝道,在现有规范值的基础上,考虑主路交通量、车头时距等交通流参数影响因素,根据规范和交通流状态分别计算各种组合型式匝道的最小间距推荐值,该推荐值更符合入口匝道车流运行状态的变化过程,随后优化了出入口匝道与辅路衔接段的交通组织方法。同时运用可接受间隙理论,提出了快速路主路与地面交织段设计长度的计算方法。其次,基于快速路匝道控制理论,分析了匝道基本控制方法的适用性,提出了协调控制策略。以分层协调控制思想为基础,考虑了快速路主路剩余通行能力比和匝道转向比例,以快速路主路的最佳运行状态为控制目标。确定快速路出入口匝道调节率,通过调节辅路上下游交叉口的信号控制方案,从衔接区域关键点的控制层面提出出入口匝道与相邻交叉口的协调控制优化方法。随后,通过Vissim仿真软件,对提出的协调控制方法进行仿真,验证了协调控制优化方法的有效性。最后,从缓解拥堵、改善路网性能的角度分析了快速路与常规道路多匝道衔接协调控制的必要性。从衔接区域控制的层面将主路分段动态模型和匝道排队模型结合,建立以快速路系统总行程时间最短为控制目标的协调控制模型,将可变容差法与遗传算法相结合,将其作为一个算子优化遗传算法,利用优化后的遗传算法对模型进行优化求解。结合Vissim仿真分析了多匝道协调控制优化方法的有效性,结果表明,多匝道协调控制优化方法可以减少总行程时间,提高整个区域路网的通行效率,为城市快速路和常规道路衔接区域的交通组织管理和控制提供参考。