基于MFD的区域路网边界控制研究

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1、国内图书分类号：U491密级：公开国际图书分类号：656西南交通大学研究生学位论文基于MFD的区域路网边界控制研究年级二〇一五级姓名李新申请学位级别工学硕士专业交通运输规划与管理指导老师刘澜教授二零一八年四月LassifiedIndex:U491U.D.C:656SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONREGIONALROADNETWORKPERIMETERCONTROLBASEDONMFDGrade:2015Candidate:Li

2、xinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:TransportationPlanningandManagementSupervisor:LiulanApril.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着城市经济发展，车辆数目增多，高峰期城市路网经常发生区域性交通拥堵，导致路网平均出行时间上升，服务质量急剧下降。针对宏观路网的大范围区域性交通拥堵，一些已有的城市路网控制策略需要进行复杂的数学建模，由于难以获取精准的路网

3、OD分布数据，导致这些策略很难应用于实际中。而宏观基本图（MacroscopicFundamentalDiagram，MFD）反应路网的固有属性，独立于交通需求而存在，无需复杂的路网OD数据，适用于短时间、大范围的交通运行状态判别。本文正是利用MFD的这一特性，提出了基于MFD的区域路网边界控制研究方法，主要包括以下三方面内容：（1）作为边界控制的对象小区，具有高拟合度、紧凑型的MFD是其首要前提，论文首先分析MFD相关基础理论，然后把路网划成多个匀质子区，并从中选取具有最优拟合度MFD的堵塞子路

4、网作为边界控制的对象小区，从而确定了边界控制的对象受控区域，接着再分析受控区域的MFD特性，依据交通流守恒定律建立该区域的车流平衡方程，最后借助MFD的曲线变化规律对受控区域的交通运行状态进行辨识。（2）本文以受控区域中出行车辆所完成加权流量最大为控制目标，针对受控区域提出一种可扩展的边界反馈控制策略，通过考虑边界路口上游路段的储存车队能力，建立了路网边界控制的约束条件及区域反馈控制模型，使控制区域内部累积车辆数维持在最佳临界值附近，确保受控区域集中在MFD的左半部分运行，始终处于高效运营状态，并

5、且不影响边界外的路网运行效率。（3）本文以实际路网为对象进行效果验证，首先根据Vissim仿真结果利用Matlab软件拟合出受控区域的MFD三次曲线，确定其MFD的相关参数。然后分别对受控区域路网在无边界控制、确定性边界控制、可扩展边界控制三种情形下的路网各项指标进行对比分析。结果表明本文所提的可扩展边界控制策略能明显改善路网内各项交通指标，同时有效降低边界交叉口停车次数和排队长度，解决了“闸门”处边界交叉口排队过长甚至回溢到上游路口的问题。关键词：交通拥堵；受控区域；扩展边界；反馈“闸门”控制；

6、宏观基本图；网络运行效率西南交通大学硕士研究生学位论文第II页ABSTRACTWiththedevelopmentofurbaneconomy,thevehiclenumberincreased,regionaltrafficcongestionoftenoccursinurbanroadnetworksatpeaktimes.Oversaturatedroadnetworkincreasedtraveltimeandreducedservicequality.Someexistingurbanr

7、oadnetworkcontrolstrategiesneedtobecomplicatedlymathematicallymodeledforlargescaleregionaltrafficcongestioninmacroroadnetworks,makingitdifficulttoapplythesestrategiesinpracticebecauseitisdifficulttoobtainaccurateODdistributiondataoftheroadnetwork.Howe

8、ver,MFDisanintrinsicpropertyoftheroadnetworkandexistsindependentlyoftrafficdemand.ItdoesnotneedcomplexODdataoftheroadnetworkandissuitableforshorttermandlargescaletrafficoperationalstatedetermination.ThispapermakesuseofthisfeatureofMFD,andputsf