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快速路作为城市交通的“主动脉”,为城市交通提供大运量、中长距离的运输服务。然而,随着快速路交通需求的日益增长,快速路上由于突发事故、临时性道路施工等突发事件所导致的非常发性瓶颈现象越来越普遍,严重影响了快速路通行效率和服务水平,给出行者的正常工作生活带来诸多不便。同时瓶颈区上游的车流在接近瓶颈时存在速度突降等现象,严重影响主线车流的行车安全性。因此缓解此类非常发性交通拥堵对快速路运营效率的影响具有重要的现实意义。可变限速控制作为一种重要的主线控制手段,能有效缓解快速路主线交通拥堵。然而,考虑到对主线实行限速时,可变限速控制会对周边路网产生影响,主要体现在限速会影响主线出行者的路径选择,从而改变快速路主线的流量输入。针对以上,本文根据分析建立双层规划模型研究可变限速控制,并分析其控制效果。本文所做的主要研究工作如下:(1)非常发性瓶颈区交通流模型。介绍了快速路非常发性瓶颈的相关概念和特点,并明确了控制时段分为两部分,即瓶颈发生时段和瓶颈恢复后至车流恢复正常时段。概述了快速路主线宏观交通流模型,介绍了元胞传输模型(CTM),并以此对元胞传输模型进行了相应的改进。分析了非常发性瓶颈区下主线通行效率和安全性特征,并利用元胞传输模型(CTM)计算主线通行效率和安全性指标,为模型构建奠定基础。(2)限速控制条件下路网均衡研究。以快速路主线、辅路和周边主次干道所组成的路网为研究对象,概述了限速对路网中路段的流量调节作用,并论述了限速情况下的用户均衡配流问题。最后,结合非常发性瓶颈和可变限速控制,对瓶颈产生及恢复过程中的路网均衡性进行了分析。(3)可变限速控制条件下路网均衡双层规划模型。下层为速度限制条件下路网用户均衡配流模型,上层为以评价指标车辆总行程时间最小和车流速度变化幅度最小为控制目标的优化模型。针对上述双层规划模型,采用遗传算法和Frank-Wolfe算法分别对上下层模型其进行求解。根据控制目标不同,给出瓶颈发生至瓶颈恢复时段和瓶颈恢复后至车流恢复正常时段的控制流程图。(4)求解模型并进行VISSIM仿真。首先利用元胞传输模型(CTM)模拟主线非常发性瓶颈发生、恢复后交通流演变过程。其次,利用Matlab求解出可变限速值和流量分配方案等。最后利用VISSIM进行仿真对比分析,一是元胞传输模型与VISSIM仿真结果对比分析,二是VISSIM中无可变限速和可变限速控制效果对比分析。研究结果表明,元胞传输模型与VISSIM仿真结果差距较小,表明元胞传输模型能有效模拟主线车流的运行情况。同时,可变限速控制能有效提高快速路主线的出行的通行效率和安全性。