复杂匝道连续汇入快速路主线控制策略研究

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城市快速路是城市内部承担大容量交通需求的道路交通主动脉,随着汽车保有量的增加,城市快速路拥堵问题愈发严重。入口匝道控制是缓解城市快速路交通拥堵的重要手段,现有入口匝道控制策略均以快速路入口为研究对象,未考虑入口内部多匝道复杂交织情况。重庆、深圳等山地丘陵城市快速路,通过大型互通立交将多条入口匝道由单个入口连接至快速路主线,车辆在入口内部进行复杂交织,使得城市快速路单个节点汇聚大量交通流,车辆低速汇入快速路主线,降低道路运行效率,引发交通拥堵。连续的复杂匝道汇入对交通运行的影响极为明显,对此,本文针对复杂匝道连续汇入快速路主线问题进行了研究。
  首先,论文对现有入口匝道控制方法进行了综述,分析并总结了现有的城市快速路单入口匝道控制方法与多入口匝道协调控制方法,指出了现有研究对快速路入口内部复杂匝道控制的不足。并在此基础上,确定了本文复杂匝道连续汇入控制策略的研究方向与研究内容。
  其次,针对论文的研究问题,阐述城市快速路特点,城市快速路拥堵特性以及城市快速路主要控制算法,分析复杂入口匝道的结构特点、拥堵特性以及现有控制方法的不足,为复杂入口匝道及快速路主线交通流建模奠定基础。
  然后,基于传统CTM模型的基本原理,考虑拥堵过后通行能力下降以及元胞长度可变提出了考虑迟滞现象的MCTM模型;基于城市快速路复杂匝道运行特性,提出了基于考虑迟滞现象的MCTM城市快速路连续复杂匝道交通流模型建立方法。在建立的快速路交通流模型的基础上,以总行程时间与交通流密度复合指标最小为控制目标,以生物地理学优化算法为入口匝道调节率求解方法,建立了协调优化控制策略。
  最后,以重庆内环快速路杨公桥立交至石马河立交路段为仿真对象,应用MATLAB软件,基于复杂匝道连续汇入快速路主线交通流模型建立元胞拓扑路网,并运用VISSIM软件对元胞路网进行参数标定及可靠性验证。对比无控制场景、ALINEA控制策略、协调优化控制策略下元胞路网运行状态,从交通通过量、匝道排队长度、路网总体延误等指标分析评价各控制方法的应用效果。
  仿真结果表明:相比无控制场景,ALINEA能够一定程度提高交通运行效率,协调优化控制策略能够很好的缓解交通拥堵,高峰时期道路交通量提高15.3%,路网总体延误减低18%。
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