考虑排放的城市高架快速路入口匝道控制策略研究

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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考虑排放的城市高架快速路入口匝道控制策略研究年级2015级姓名覃林申请学位级别工程硕士专业交通运输工程指导老师胡骥副教授二零一八年五月LassifiedIndex:U491U.D.C:656SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisON-RAMPMETERINGCONTROLSTRATEGIESRESEARCHCONSIDERINGEMISSIONSINURBANELEVATEDROADGrad

2、e:2015Candidate:QinLinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:TransportationEngineeringSupervisor:A.P.HuJiMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要作为城市主干道的一部分，快速路承担了较大的交通运输负担，随着城市车辆保有量的不断增加，快速路交通状况日益恶化，尤其在匝道入口合流区，当匝道由车辆汇入主路时，导致主路车辆不可避免地刹车减速甚至停车怠速运行，不仅导致快速路拥挤，同时还

3、导致车辆的尾气排放剧增，其中的HC、CO和NOX等有毒气体更是对环境和人体健康产生不良的影响。因此，本文的研究目的是缓解交通压力，提高车辆运行效率，保证快速路的效益得到最大发挥，同时又降低车辆尾气污染物排放量。论文在分析研究国内外相关研究文献资料的基础之上，利用模型预测控制理论中的动态矩阵控制（DMC）算法对匝道进行控制，主要研究工作如下：第一，以成都市二环路高架快速路桃蹊路入口匝道为研究对象，分析研究了高架主路的道路特性及合流区交通流特性，分别从宏观交通流角度和车辆微观运行角度研究了车流特性及车辆运行工况；推导了入口匝道

4、交通流动力学模型，建立了入口匝道的交通流增广模型，将匝道抽象成为数学模型以便于后文的研究。第二，选取了合适的控制策略，研究了DMC控制理论。利用传递函数描述了入口匝道系统，并将其作为预测模型，利用MATLAB对该模型进行阶跃响应试验，得到了匝道系统的阶跃响应系数；以匝道进入主路车流为控制输入，合流区交通流密度作为控制输出，研究了快速路交通评价指标，选取了交通角度的期望轨迹值，利用MOVES对HC、CO和NOX等排放因子与速度关系进行研究，并综合交通角度确定了最终期望轨迹值；通过控制参数的讨论与设定优化控制模型，利用MATL

5、AB对控制器性能做测试，验证控制器的性能是否达到最佳，结果表明控制器稳定性好，跟踪性好，期望轨迹值发生变化时依然能有效控制输出。第三，搭建了仿真实验平台，设计了仿真实验方案，对比了实验结果。首先利用实际调查所得的交通参数对VISSIM进行参数标定使得仿真更加接近实际场景；基于MATLAB强大的矩阵处理能力和丰富的仿真工具箱，利用MATLAB对VISSIM进行二次开发，实现了DMC控制在匝道控制的应用；设计了无控制、定时控制、ALINEA控制和DMC控制等四种仿真情景以进行对比实验，结果表明，DMC控制与ALINEA和定时控

6、制相比，无论是交通还是排放方面，都有了一定的改善。关键词：匝道控制；缓解拥堵；减少排放；预测控制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsapartofurbanmainroads,urbanexpresswaybearsheavytrafficload.Withtheincreasingofvehicleownership,trafficconditionofurbanexpresswayhasbeengettingworse,especiallyinmergingareaofom-rampandmain

7、lane.Carsgettingintothemainlanefromon-rampwilldisturbvehicleflowrunningnormally,asaresult,thedisturbedcarswillbrakeinevitablyandslowdownandevenstoptoruninidlestate.Thus,notonlytrafficcongestionemergesbutalsoemissionsascendremarkably.LessgoodisthattoxicHC,COandNOXo

8、femissionscanimpactresidents’healthandenvironmentterribly.Therefore,theobjectiveofthispaperistorelieftrafficload,improveefficiencyoftrafficandexertthebe