城市快速路交织区车辆换道行为群体优化策略及仿真

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近年来,城市快速路系统的交通拥堵问题越发严重。快速路属于城市道路重要的组成部分,其运行效率对整个城市的交通效率和交通安全有重要的作用。然而,交织区内随意、无序的换道行为,极易造成交织区行车紊乱,使得交织区成为快速路拥堵的瓶颈。因此,为了解决城市快速路的交织区拥堵问题,提升交织区通行能力,对研究交织区车辆群体换道优化策略和车辆换道行为群体优化十分必要。本文主要选取城市快速路A类交织区,从车辆换道行为群体优化角度有针对性地提出相应的管控策略,为交织区拥堵问题的解决提出了基础方法和仿真评估。
  首先,本文对国内外交织区换道特性、交织区换道模型、车辆群体换道行为协同优化等方面进行总结,对交织区基础理论、换道行为以及交织区车辆群体协同诱导约束方式进行了系统的描述性分析。
  其次,基于道路的几何尺寸和流量的横向空间分布,提出上游车道车流量均衡和下游车道车流量均衡的两类群体车辆换道策略,先分别研究入口匝道和出口匝道的交通流特性和驾驶行为,再综合分析整体交织区内的车辆换道群体优化策略,为缓解快速路交织区的拥堵状况提出有效的车辆诱导和群体优化模式,并运用VISSIM仿真对所提出的策略进行建模、仿真与评估。
  最后,针对未来车联网技术的大规模应用,在车联网环境下,提出基于横向空间分布和纵向空间分布两类车群组织策略。通过VISSIM对所提出的策略进行了仿真,对相应的车群组织策略进行有效性及合理性的验证,从而有效地规范车辆群体换道行为。
  研究结果表明:随着车流量的增大,不论在入口匝道,出口匝道还是整体交织区内,下游车道均衡策略更具优势;在大多数情况下,控制主路各车道中驶离匝道车辆尽早换道至最外侧车道(如三车道出匝道车辆由内至外比例分别为0∶0∶1)明显优于出匝道车辆按一定比例分布于各车道(如三车道出匝道车辆由内至外比例分别为1∶3∶6)。由此可知,一方面需要引导出匝车辆在进入交织区前向外侧车道换道,另一方面需要一种车辆群体优化协同策略实现出匝车辆按不同比例在有限空间内完成换道需求。同时给予更大的换道决策空间,采取统一式换道,不断调整控制匝道、主路的配合时间差,优化车辆群体队长和匝道可接受间隙大小,能够综合利用有限道路资源,提升道路的有效利用率。
  基于本文的研究成果,在未来的车联网或自动驾驶条件下,根据道路当前实际所处的交通流状态,在交织区上游路段进行车辆群体管控,诱导车群换道以达到最优状态,为车群管理方案提供实验依据,缓解甚至解决快速路系统里交织区的拥堵问题,提升交织区通行能力和通行效率。
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