城市高架快速路出口匝道衔接交叉口控制方法研究

摘要

城市高架快速路作为城市交通的重要组成部分，在城市交通拥堵日益严重的趋势下，高架快速路“进不去，出不来”的交通问题日益频现，其中出口匝道区域拥堵则是较为突显的问题之一;当出口匝道下游衔接交叉口时，交通需求过大往往会导致交叉口处于过饱和状态，进口道和匝道排队回溢至速路主路及上游交叉口，“出不来”现象更为严重。因此进行匝道衔接交叉口的信号控制优化研究，提升出口匝道衔接区域通行效率，对缓解出口匝道及下游交叉口区域交通拥堵是非常重要的。
　　为缓解城市高架快速路“出不来”的交通问题，本文着重对出口匝道与下游交叉口衔接区域的交通流模型和信号控制优化方法进行研究;具体研究工作如下:
　　本文首先系统地分析总结了快速路出入口匝道控制方法及过饱和交叉口控制方法的研究、应用现状;对高架快速路出口匝道的设置形式、衔接进口道的交通组织方式进行了分类分析，并结合VISSIM仿真研究了不同交织流量比对交织区的影响。
　　针对匝道驶出车辆流向不同所导致的匝道衔接段交织问题，综合考虑了不同车道中的自由变道模型和强制变道模型，分析了相邻元胞间变道传输概率，同时引入了虚拟元胞滞留车辆的检验方法，构建了出口匝道衔接段的改进元胞传输模型。以交叉口常规进口道和匝道衔接进口道为算例，验证结果表明改进元胞传输模型能较为真实地模拟不同进口道的排队形成与消散过程。
　　结合变绿信比变周期策略和绿灯延长或提前启亮的思想，本文提出了考虑绿灯时间间隔的变绿信比变周期控制策略，利用改进元胞传输模型构建了各进口道元胞流量传输与信号相位关联的控制模型，通过该模型将交叉口信号控制与路网交通流传输和元胞状态更新整合;以改进元胞传输模型所获交通效率评价指标为基础，以加权平均延误作为目标函数，构建了综合考虑各进口车道饱和度状态的信号控制优化模型，同时结合遗传算法实现了该类型交叉口的动态优化。
　　充分考虑交叉口不同饱和度状态，利用MATLAB编程构建匝道及衔接交叉口元胞传输模型，并实现交叉口信号配时的实时动态优化控制和路网状态更新;最后以成都市二环高架快速路牛市口出口匝道及衔接交叉口为实例，以晚高峰交通量作为交通需求输入，验证表明模型对该类型交叉口非饱和、饱和状态均有较好的控制优化效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 研究现状总结

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 出口匝道衔接区域交通特性分析

2．1 出口匝道设置形式分析

2．1．1 出口匝道与快速路分离形式分析

2．1．2 出口匝道纵向位置分析

2．1．3 出口匝道横向位置分析

2．2 出口匝道衔接段交通组织方式及拥堵原因分析

2．2．1 出口匝道衔接段交通组织方式分析

2．2．2 出口匝道衔接进口道排队长度影响分析

2．2．3 出口匝道区域拥堵原因及对策分析

2．3 衔接段交织特性分析

2．3．1 交织区影响因素分析

2．3．2 交织区变道特性分析

2．3．3 交织区仿真分析

2．4 本章小结

第3章 基于元胞传输模型的出口匝道及衔接交叉口建模

3．1 元胞传输模型的基本原理

3．1．1 CTM基本模型

3．1．2 CTM分流点和合流点模型

3．2 基于元胞传输模型的出口匝道及衔接交叉口建模

3．2．1 模型假设

3．2．2 出口匝道及交叉口区域整体模型

3．2．3 常规进口道模型

3．2．4 出口匝道及衔接进口道模型

3．3 衔接段交织区改进CTM模型

3．3．1 交织区元胞划分规则

3．3．2 交织区模型参数界定

3．3．3 变道过程分析

3．3．4 交织区元胞传输模型

3．3．5 虚拟元胞车辆滞留验证

3．4 模型验证

3．4．1 常规进口道模型验证

3．4．2 出口匝道及衔接进口道改进CTM模型验证

3．4．3 改进CTM模型误差分析

3．5 本章小结

第4章 出口匝道衔接交叉口控制方法研究

4．1 基于CTM的交叉口信号控制模型

4．1．1 考虑绿灯时间间隔的变周期变绿信比控制策略

4．1．2 基于CTM的信号控制模型

4．2 信号控制动态优化模型

4．2．1 基础指标分析

4．2．2 目标函数

4．2．3 约束条件

4．3 基于遗传算法的交叉口信号配时优化求解

4．3．1 遗传算法概述

4．3．2 优化算法设计

4．4 信号控制动态优化流程

4．5 本章小结

第5章 实例验证

5．1 匝道及衔接交叉口现状分析

5．2 模型参数设置

5．3 信号动态优化

5．4 优化结果对比分析

5．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果