城市快速路交通流的先进控制策略

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1、摘要现代人们对交通系统的需求越来越大，为提高车辆的出行质量，工程师们设计了复杂高效的公路系统，城市快速路也孕育而生。有限的城市空间资源使得简单的基础道路建设无法满足交通的需求，3c技术和ITS成为提高交通状况的有效的技术手段，结合这些技术多种控制策略被提出来以改善交通拥堵状况和提高城市快速路网的通行能力。但是由于交通动态系统的复杂性和随机性，到目前为止还没有完全令人满意的控制策略用于快速路系统的控制。国外的研究还处于理论探讨和试验阶段，国内则仅限于理论的研究。这些控制策略包括匝道控制调节进入快速路的车流量，路径引导为出行者提供最优路径的选择，和限速以

2、提高交通系统的稳定性等等。其中匝道控制最具强制性，控制效果也最为明显，所以我们以匝道控制作为课题研究的基础点。论文包括如下四部分工作：论文在开始部分对现有的匝道控制方法进行了总结，并根据其实时性，控制对象及信息处理方式的不同进行了多层次的分类。在总结和分类的基础上我们分析了各类控制方法的优缺点，发展概况和控制效果。控制思想和方法的分析总结为我们提出新的控制策略奠定了基础。接下来针对不同的情况我们提出了三种控制策略。首先将鲁棒控制策略应用于解决单匝道控制问题。基于宏观LRW交通模型，考虑到不同交通需求量对交通系统的影响，全信息反馈的H无穷控制器被设计来

3、保持快速路的交通量运行在期望状态附近。仿真结果表明在不断变化的交通环境中鲁棒控制对最优控制的优越性。然后提出一种新的递阶控制构架，并将其应用于多匝道口的协调控制以解决不同交通状况问题。采用了三个控制层即直接控制层、协调控制层和适应层。北京工业大学工学硕士学位论文具有复杂调节的单匝道控制器和简单调节方式的控制器协调应用于直接控制层来控制一段快速路的交通流，协调层的自适应模糊控制器根据多段快速路的交通状况协调多个匝道口的调节率，逻辑控制应用于适应层去预测可能的拥堵情况，更新协调层控制器的规则参数和根据不同的交通状况做出决策。为了检验提出的递阶控制策略的有

4、效性和可行性，设计了具体的控制器。预测算法用于预测将来的交通情况，迁移遗传算法用以调节模糊控制器的参数来适应交通状况的变化，最优控制应用于直接控制层。论文最后提出了集成控制策略的框架用于快速路通道系统的控制。通道系统包括快速路，其出入口匝道和平行干道。五种控制方法：可变速率限制、匝道控制、路径引导、快速路出口诱导和协调交叉口信号控制被集成从而使得车辆在整个通道系统的行驶状况最优。根据不同的交通状况(低需求，高需求和拥堵或事故出现)控制策略具有不同的集成程度。关键词：匝道控制；快速路控制；通道控制；鲁棒控制；递阶控制。IIAbstractUrbanfr

5、eewayshadbeenoriginallydesignedtoprovidevirtuallyunlimitedmobilitytoroadusers．Theon-goingdramaticexpansionofcar-ownership，however，hasledtothedailyappearanceoffreewaycongestions．Ithasbeenrecentlyrealizedthatthemereinfrastructureexpansioncannotprovideacompletesolutiontotheseprobl

6、emsduetoeconomicandenvironmentalreasonsor，inmetropolitanareas，simplydueto1ackofspace．Sovariouscontrolstrategiescombinedpowerfulcontr01techniquehavebeenproposedandemployedtoamelioratetrafficconditionsonfreeway．Rampmeteringthatregulatesthevehiclestothefreewayfromtheentryramp，rout

7、eguidancethatprovidetheoptimalroutetothedriversandthespeedlimitationthatimprovesthestabilityofthetr炳Csystemhavebeenwidelyinvestigated．Howeverduetothecomplexandstochasticcharacteristicsoftrafiledynamicsystem，SOfarnoapolicyhasbeenregardedperfectandadequatetothefreewaycontr01．Ramp

8、meteringbeingallessentialmethodtothefreewaycontrolbeco