混合交通条件下城市快速路瓶颈区可变限速控制策略研究

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城市快速路车道变窄区是一种常见的交通固定瓶颈,一般由道路设计、施工以及交通事故等原因造成。当瓶颈上游交通需求超过瓶颈区的最大通行能力时,常常导致瓶颈位置发生交通拥堵。而交通拥堵会导致瓶颈区通行能力下降,进一步加剧交通拥堵,严重影响交通运行效率。可变限速策略作为缓解瓶颈区交通拥堵的有效手段,通过调整瓶颈上游道路限速来限制进入瓶颈位置的车流量,可以抑制瓶颈区通行能力下降程度,从而缓解瓶颈区的交通拥堵。随着自动驾驶与车联网技术的发展,自动驾驶车辆的可控性和车联网收集数据的全面性与准确性为可变限速控制策略提供了新思路。但100%的自动驾驶车辆渗透率是一个长期目标,在部署初期,将是自动驾驶车辆与人驾车辆共存的混合交通流状态。论文在自动驾驶车辆与人驾车辆的混合交通条件下,基于车联网,提出有效的可变限速策略来解决车道变窄瓶颈区的通行能力下降问题。论文提出了混合交通条件下的单车可变限速控制策略。基于车联网,单车可变限速策略根据实时的宏观交通信息(道路平均速度、道路密度)和实时的微观交通信息(车辆的加速度、减速度和速度)动态调整瓶颈上游单个车辆的限速,使加速区的流量等于瓶颈区的最大通行能力,从而最小化瓶颈区的通行能力下降比例。此外,单车可变限速策略也考虑了在混合交通条件下,自动驾驶车辆渗透率及人驾车辆遵从度对可变限速策略的影响。实验部分通过改变瓶颈上游交通需求、自动驾驶车辆渗透率以及人驾车辆遵从度来评估本文提出的单车可变限速策略的性能。实验分析表明:在自动驾驶车辆渗透率高于50%时,提出的单车可变限速策略可以将瓶颈区的流量提高到最大通行能力,而在渗透率较低时,也能将瓶颈区的流量恢复到最大通行能力的96%以上;与未控制条件下的平均行程时间相比,加入单车可变限速策略后的平均行程时间减少33%左右;在车辆平均燃油消耗方面,当自动驾驶车辆渗透率较高时,可以减少20%左右的燃油消耗,在渗透率较低时,也能减少约10%的燃油消耗。
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