匝道流量控制
人工智能智能交通流量调控预案
人工智能智能交通流量调控预案第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (3)1.2.1 研究目的 (3)1.2.2 研究意义 (3)1.3 研究方法与内容 (3)1.3.1 研究方法 (3)1.3.2 研究内容 (3)第二章人工智能技术在交通流量调控中的应用 (4)2.1 人工智能技术概述 (4)2.2 交通流量调控的关键技术 (4)2.3 人工智能技术在交通流量调控中的应用现状 (4)第三章交通流量数据采集与处理 (5)3.1 交通流量数据采集方法 (5)3.1.1 地面传感器采集 (5)3.1.2 视频监控采集 (5)3.1.3 移动终端采集 (5)3.1.4 卫星遥感采集 (5)3.2 数据预处理 (5)3.2.1 数据清洗 (6)3.2.2 数据归一化 (6)3.2.3 数据降维 (6)3.3 数据分析技术 (6)3.3.1 描述性统计分析 (6)3.3.2 时间序列分析 (6)3.3.3 相关性分析 (6)3.3.4 聚类分析 (6)3.3.5 机器学习算法 (6)第四章交通流量预测模型构建 (7)4.1 预测模型概述 (7)4.2 常用预测算法 (7)4.3 模型选择与优化 (7)第五章人工智能优化交通信号控制 (8)5.1 交通信号控制原理 (8)5.2 人工智能优化信号控制策略 (8)5.3 实例分析 (9)第六章路网优化与调度 (9)6.1 路网优化方法 (9)6.1.1 流量控制方法 (9)6.1.2 路网布局优化 (10)6.1.3 路网运行优化 (10)6.2 调度策略 (10)6.2.1 动态调度策略 (10)6.2.2 预测调度策略 (10)6.2.3 多目标调度策略 (11)6.3 算法实现与应用 (11)6.3.1 算法实现 (11)6.3.2 应用案例 (11)第七章人工智能在公共交通中的应用 (11)7.1 公共交通优化策略 (11)7.2 智能调度系统 (12)7.3 乘客满意度评价 (12)第八章交通安全与预防 (13)8.1 交通安全评价方法 (13)8.2 预防策略 (13)8.3 智能预警系统 (14)第九章智能交通流量调控系统设计 (14)9.1 系统架构设计 (14)9.1.1 系统整体架构 (14)9.1.2 系统技术架构 (15)9.2 关键模块设计与实现 (15)9.2.1 数据采集模块 (15)9.2.2 数据处理与分析模块 (15)9.2.3 调控策略模块 (15)9.2.4 控制执行模块 (16)9.3 系统测试与评价 (16)9.3.1 功能测试 (16)9.3.2 功能测试 (16)9.3.3 评价与分析 (16)第十章政策法规与标准 (16)10.1 政策法规概述 (17)10.2 标准制定与实施 (17)10.3 监管与评估 (17)第十一章人工智能交通流量调控案例分析 (18)11.1 案例一：某城市交通流量调控实例 (18)11.2 案例二：某公共交通系统优化实例 (18)11.3 案例三：某地区交通安全预防实例 (19)第十二章发展趋势与展望 (19)12.1 人工智能技术在交通领域的未来发展趋势 (19)12.2 交通流量调控的关键问题与挑战 (20)12.3 未来研究方向与策略 (20)第一章绪论1.1 研究背景社会的快速发展，我国在经济、科技、文化等各个领域取得了显著的成就。
基于人工神经网络的快速路入口匝道流量预测
交 通 科 技 与 经 济
２ ０ 年第 ６ 总第 ５ ０８ 期（ ０期１
基 于 人 工 神 经 网络 的快 速 路 入 口匝 道 流 量 预 测
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｒ ｎ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｇｉ ｉ ｒ ｉ ，Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ａ ｓ ｏ ｔ ｉ ，Ｔ ｎ ｊ Ｕｎｖ ｓ ｙ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ８ ４ Ｃ ｉ ｏ Ｔ ａ０ ｅ ｔ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｅｘｓｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｓ ｒ ｓａ ｅ ｄ ｍ ｉａ ｅ ｙ ｐ ｅ ｔ ｅ ｏ ｔｏ ；ｏ ｈ ｒ ｕ ｈ ａ ｓｒ ｃ ： ｉｔ ｏ ｔｏ ａ ｕ ｅ ｒ ｏ ｎ ｔ ｄ ｂ ｒ －ｉ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｅ ｓｓ ｃ ｓＡＬＩ ｎ ｍ ｍ ＮＥＡ—ｏ ｔｏ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｄ ＤＣ－ｏ ｔｏ ｎ ＶＩ Ｓ Ｍ ｒ ｉ ｉｅ ｏ ａ ｋ ｎ ｆｐ ｅ ｉｔｖ ｃ ａ ｉｍ 。ｗｈ ｃ Ｓｍ ａｎ ｙ ｂ ｃ ｕ ｅ ｉ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｉ Ｓ Ｉ ａ ｅ ｌ ｔｄ ｆ ｒｌｃ ｉｇ ｏ ｒｄ ｃｉｅ ｍｅ ｈ ｎｓ ｍ ｉｈ ｉ ｉｌ ｅ ａ ｓ ｔ Ｓ ｈ ｒ ｏｍ ａ ｅ ｑ ａ ｔｆ ｄ ａ ａｙ ｉ ｆ ｒｔ ｅｄ ｎ ｍｉｓａ ｄ ｒ ｎ ｏ ｃｔ ｆｔ ｅｔａｆｃｆｏ ａ ｄ ｔ ｋ ｕ ｎ ｉ ｅ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈ ｙ ａ ｃ ｎ ａ ｄ ｍｉｉ ｏ ｈ ｒ ｆｉ ｌｗ． Ｂｙｄ ａ ｎ ｔ ｈ ｉ ｙ ｒｗｉ ｇ ｉ ｏｔ ｅ ｎ ｎ ｕ ａ ｅ ａ ｋ ｙ ａ ｉ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｏ ｈ ｒ ｆｉ ｏ ｕ ｅ ａ ｅ ｎｗｈ ｃ ｈ ａ — ｏ ｔｏ ａ ｅａ — ｅ ｒ ｌ ｔｃ ｎ ｍａ ｅｄ ｎ ｍ ｃ ｒ ｄｃ ｉ ｆｔ ｅｔａｆｃｖ ｌｍ 。ｂ ｓ ｄ ｏ ｉｈ ｔ ｅｒ ｍｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｂ ｄ ｎ ｏ ｃ
匝道及匝道连接点通行能力分析
二、通行能力分析 1.匝道车流到达特征
近似认为匝道的车辆到达服从泊松分布，即把匝 道作为一个独立的交通设施来研究。
2. 匝道通行能力分析内容
自由流速度FV（P88 曲率半径最小处） 通行能力C 服务水平
3. 匝道自由流速度分析
4.匝道通行能力
1）基本通行能力 匝道路段的理论通行能力计算建立在最小车头时距 的基础上，计算公式如下： 3600 C hmin (6-3)
互通式立体交叉匝道的通行能力，由以下三个中 的最小值决定：
①匝道与主线连接部分的通行能力；
②匝道本身的通行能力；
③匝道与被交道路连接部分的通行能力。
大多数运行问题出现在匝道的起终点上。通常情 况下，匝道的通行能力主要受匝道出口或入口处 通行能力的控制。 匝道与被交道路连接的方法有平交和立交两种。
匝道在高速公路系统中主要起连接作用，与高速 公路基本路段有许多不同之处，主要体现在： （1）匝道的长度和宽度是有限的；
（2）匝道的设计车速低于与之相连接公路的设 计车速； （3）在不可能超车的单车道匝道上，货车和其 他慢速车辆带来的不利影响比基本路段上严重 得多； （4）匝道上车辆加减速现象频繁；
2、匝道的类型
立体交叉的类型有很多形式，作为立体交叉 重要组成部分的匝道相应也有很多种形式。 但就匝道的设计目的和功能而言，无非是使 进入立体交叉的车辆能完成左转或右转。因此， 匝道有左转匝道和右转匝道两种最常用的形式。
匝道大致可分为两大类：基本形式和特殊形 式。
（1）匝道基本形式
①右转匝道
式中：C—理论通行能力（pecu/h）
高速公路入口匝道控制
2、入口匝道控制方法 入口匝道控制包括匝道调节和匝道关闭两种 形式，匝道调节是在匝道上使用交通信号灯、 对进入车辆实行计量控制，单位时间内允许进 入的车辆数称为匝递调节率，匝道关闭可看作 是匝道调节的极端情况。近10多年来人们还致 力于入口控制的另一方案—入口汇合控制的研 究，汇合控制系统的目的是帮助匝道车辆顺利 地汇入主线的高密度车流，保持主线交通流的 稳定和欠饱和状态。
下面采用了长安大学李纲的硕士论文 《高速公路监控系统及交通控制策略研 究》中的成果，以禹阎（陕西禹门口至 阎良）高速公路交通控制策略为实例来 做分析。
近期控制策略 针对偶发性交通异常及由此引起的交通 阻塞，2020年以前(近期)的交通控制策 略为:收集各类交通信息，进行道路交通 监测，实施告警、诱导控制，对主线特 殊路段重点监测，并采取相应的交通控 制措施，疏导交通，减少延误，防止二 次事故的发生。
项目6 交通控制子系统认知
能力目标
能够理解并执行交通控制方案。
相关支撑知识
交通控制策略知识。
训练方式、手段及步骤
某高速路段控制策略案例学习
考核标准
参与的积极性与理解的正确性
任务1 ：认识交通控制策略
调节供求，争取平衡，使交通流畅通是交通控 制的基本思路。即抑制、转移交通需求，提高 道路通行能力，实现供求动态平衡，达到交通 流畅通的目标。 调整供求有多种控制方法可供选择，根据实际 情况选择控制方法称为控制策略。 目前，高速公路主要采用的交通控制策略可分 为三种:入口匝道控制，主线控制，通道控制。
2、主线控制方法 常用的主线控制技术包括可变限速标 志、车道使用控制、驾驶员信息系统及 特殊路段控制。
主动交通管理(ATM)
同熔七辱现代交通控制理论与方法课题名称主动交通管理(ATM )学院(系) 交通运输工程学院专业交通运输规划及管理学生姓名学号邮箱2011 年5月21 R1研究背景当前世界各国和众多城市所面临的交通中的主要问题都是“供不应求”，即现有的基础设施难以满足交通需求。
与此同时，交通系统的发展还面临着两个约束，第一是资金约束，大量的资金用于维护现有的设施，只有很少的一部分资金可以用来建设新的交通设施；第二是环境约束，建设新的交通基础设施必然对环境产生很大的影响。
基于这两点的考虑，如何发挥出现有交通基础设施的最大效益，对U前面临的问题有很大的启发意义。
2主动交通管理2.1概念ATM （Active Traffic Management,主动交通管理）是欧美国家最近兴起的一种交通管理的理念和方法。
主动交通管理包括一系列完整连贯的交通管理措施, 它可以对常发和偶发的交通拥堵进行临时的管理，从而可以发挥现有交通设施的最大效益。
通过运用高新科技，自动化地进行临时的调度和调整，在优化了交通系统性能的同时，避免了人丄调度时间的延误，提高了交通系统的通行能力和安全性。
ATM是随着智能交通系统的发展而逐步发展起来的一种交通管理方法加。
ATM系统是实时预测交通条件的基础之上的临时交通管理，它包括了自动化控制系统和干预策略来管理交通，以实现道路交通效率的极大化。
ATM杲一种反馈过程，其中包括：（1）连续交通测量和对测量数据的分析；（2）管理规划, 其中包括评估各种条件下的道路网络运行状态，比如需求增加，车道封闭以及其他特殊事件等：运用这些控制策略能够改善运行状况，同时也能够衡量不同控制策略所带来的成本和效益；（3）使这些策略有效的实施需要借助安装一些必要的硬件和软件:（4） ATM的决策支持系统是基于实时的，包括过滤测量数据，提供短期的交通预测，为之后的一个或者两个小时选择最为合适的控制策略:現图1 ATM工作流程图图2 ATM预期的效益2.2ATM主要目标ATM的主要U标有两个方面:(1)提高用户出行可靠度ATM的理念是把道路使用者看作是客户，强调客户出行时间的可靠度，将道路的状况及时吿知道路使用者。
公路匝道设计标准
公路匝道设计标准在公路建设中，匝道的设计是十分重要的一环。
为了确保公路匝道的安全和高效运行，制定了一系列的设计标准。
本文将详细介绍公路匝道设计的相关要求和标准。
1. 匝道的宽度要符合规定，以确保车辆能够顺利进出匝道。
根据道路等级和交通流量的不同，匝道的宽度也有所差异。
一般来说，城市主干道的匝道宽度应不小于X米，而次干道和支路的匝道宽度应不小于Y米。
2. 匝道的坡度对车辆的行驶速度和安全性有重要影响。
为了保证车辆能够平稳地进出匝道，匝道的坡度应符合规定。
一般来说，匝道的纵坡不应大于Z%。
3. 匝道的水平减速带是为了减速进入主路而设置的重要设施。
水平减速带的长度和宽度应适当，并且在设计时要考虑到车辆的惯性和制动距离。
此外，水平减速带的减速度也需要符合规定，以确保车辆能够平稳地减速。
4. 匝道的开口角度也是设计中需要注意的要点。
开口角度过小会导致车辆进出匝道时转弯困难，开口角度过大则容易引发事故。
因此，在设计时需要根据道路的曲线半径、交通流量和车辆类型合理确定开口角度。
5. 匝道的标识和标线是保证匝道交通秩序的重要元素。
应按照标志标线设计规范设置匝道的交通标识和指示标线，以提醒驾驶员注意行车规则和安全驾驶。
同时，匝道的标识和标线要考虑夜间和恶劣天气条件下的可见性，并采用反光材料，确保其辨识度和持久性。
总之，公路匝道的设计标准不仅关系到车辆的安全行驶，也关系到交通流畅和路面的使用寿命。
遵循匝道设计标准，合理布局和设置匝道，能够提高公路的运行效率，确保交通的安全与顺畅。
匝道工程建设方案设计规范
匝道工程建设方案设计规范一、概述匝道工程是连接高速公路与城市道路、乡村公路的重要路段，其设计规范的合理性直接关系到交通安全和运行效率。
匝道工程建设方案设计规范的制定，旨在规范匝道工程设计，提高匝道工程建设的质量和效益，为公路交通设施建设提供技术支持。
二、匝道工程设计原则1、安全性原则匝道工程设计应保证车辆和行人的安全。
设计中应设置足够的标志和引导设施，提高驾驶员和行人对匝道的识别和安全意识。
2、通行效率原则匝道工程设计应考虑车辆的行驶速度和道路的通行效率，保证匝道工程的通行能力和运输效益。
3、环境保护原则匝道工程建设应尊重自然环境，减少对周围环境的影响，尽可能减少土地使用和资源浪费，保护生态环境。
三、匝道工程设计内容1、匝道的位置选择匝道应选在交通集散中心或者高速公路附近市区，便于车流通畅和市区内外的交通衔接。
2、匝道的布局设计匝道的布局应符合车辆的行驶特性和车流量的分布规律，匝道入口和出口的设置应尽量平滑，并避免出现急转弯或者坡度大的情况。
3、匝道的标志标线设计匝道应根据道路的等级、车辆的行驶速度和车流量的大小，设置合理的标志和标线，提高驾驶员对匝道的识别和安全意识。
4、匝道的照明设计匝道的照明应保证夜间行车的安全，同时照明设施的选用和设置应考虑节能和环保。
5、匝道的排水设计匝道的排水设计应考虑降雨和积水，采用合理的排水设施和措施，保证匝道的通行安全。
6、匝道的交通管理设施设计匝道应设置交通管理设施，如交通信号灯、隔离护栏等，提高匝道通行的安全性和通行效率。
7、匝道的绿化设计匝道的绿化设计应与周围环境相协调，美化周边环境，增加行车的舒适感。
四、匝道工程建设方案审批程序1、匝道工程建设方案设计应符合国家有关法律法规的规定，包括交通运输部颁发的有关匝道工程建设方案设计规范，同时应符合所在地的地方标准。
2、匝道工程建设方案设计的审批程序应符合国家有关规定，包括匝道工程设计方案的编制、审查、备案等流程。
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什么是入口匝道控制【学员问题】什么是入口匝道控制?【解答】入口匝道控制是快速路交通控制系统中应用最广、效果最好的一种控制形式。
入口匝道控制的概念：将车辆从入口匝道驶入快速路的过程分解为两个阶段：I）车辆从匝道进入加速车道，II）车辆从加速车道汇入主线。
入口匝道控制围绕这两阶段的交通控制来展开。
对第I阶段的控制主要是调节驶入主线的交通流量，使得匝道下游的主线流量不超过其通行能力或服务流量，称为流量控制；对第II阶段的控制则主要是帮助驶入车辆安全地汇入主线，并尽可能地减少驶入车流对主线车流运行的影响，称为汇入控制。
流量控制可分为单点控制和整体协调控制。
单点控制主要以单个匝道为考虑对象，以本匝道附近快速路主线的交通状况最优为目标，确定从匝道进入主线的流量（调节率）；整体协调控制则以整条快速路的交通状况总体最优为目标，统筹考虑多个入口匝道的调节率。
整体协调控制相对于单点控制在理论上具有一定的先进性，但由于交通流本身所固有的随机性和复杂性，在实际应用中，如果不能获得准确描述实时交通状态的模型，整体控制并不能体现出突出的效益。
从实用的角度出发，这仅限于单点控制。
关于汇入控制，如果快速路的几何设计合理，入口匝道附近的加速车道一般可以保证驶入加速车道的车辆安全地汇入主线车流，但不能保证驶入车辆在汇入主线的过程中不对主线车流产生挤压或阻滞作用。
如果能采取一定形式的汇入控制，则可以减少挤压或阻滞，避免出现主线车辆被迫变换车道的情况。
或阻滞作用。
如果能采取一定形式的汇入控制，则可以减少挤压或阻滞，避免出现主线车辆被迫变换车道的情况。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
在现实生活中，大多数的人，对学习很难做到学而不厌，学习不是一朝一夕的事，需要坚持。
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2 匝道控制与排队管理策略
策略3：排队控制
得出排队控制下的车流量：
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2 匝道控制与排队管理策略
最终允许的流率
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3
仿真设置Βιβλιοθήκη 113 仿真设置不同控制策略的组合
（1） 无控制 （3） ALINEA+排队优先 （4） ALINEA+排队控制 （5） ALINEA+排队控制+排队控制
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（2）
ALINEA
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2 匝道控制与排队管理策略
策略2：排队优先（普遍的排队管理手段）
• 基于匝道上游的车辆占有率来进行控制：
通过在匝道的上游放置检测器来检测占有率，当占有率超过设定阈值（认为
车辆排队溢出到上游的主干路），则开启匝道，允许车辆通行qQO，缓解匝道上 的车辆排队现象；若未超过，则不放行。 • 缺点：造成匝道的队伍排列震荡，不能充分利用匝道的存储空间。
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（ALINEA控制 加上排队优先策略）
4 仿真结果
模拟结果 4）第四种策略
（ ALINEA控制 加上排队控制策略）
先确定Wmax Wmax=23veh
1）TTS为238.7veh h，比第二种控制策略差点，和第三种 控制策略相近 2）AT为122 simulation time steps，比起第二种控制策 略改善了89%
如果排队长度的精度与交通效能是相关的，经营机构就能了解如何分配资源。
（3）TTS在各种策略中改善效果不明显，应怎么考虑？ （4）综合控制（第五种策略）让匝道对上游影响最小化， 但并未改善交通效率，如何理解？
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THANK YOU！
—高速公路入口控制匝道排队管理技术
匝道
交汇区
21
4 仿真结果
wmax 最优值的寻找
先确定 Wmax 给出自动微 调Wmax算 法 给定初始值Wmax并设定两个计数参数x=0，y=0。在每个控 制周期结束时k=1,2,……n 1）如果y=0并且 oin (k 1 oth ) ，Wmax减少1，并设置x=0， y=ydelay，否则，当 y>0，设置 y=y-1。 2）如果qQC(k)>qAL(k),设置 x=x+1。 3）如果 x=xacc， Wmax增加1，并设置x=0。
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5 思考与展望
（1）本文有关实地评估的部分相对较少，但是作者在另 一篇文章中做了全面的实地评估。 （2）这种新方法如何改进来帮助解决现实生活的问题？ 入口匝道排队估计及测量需要达到什么精度？
[Heuristic Ramp-Metering Coordination Strategy Implemented at Monash Freeway]
交汇区
交汇区
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4 仿真结果
模拟结果 3）第三种策略 1）相对于只是采用ALINEA策略，引入排队优先管理策略 能显著降低AT，此时的AT为630 simulation time steps， 比起第二种控制策略而言，降低了43.3% 2）TTS为237.8veh h，比第二种控制策略差点，但比第 一种控制策略低5.7% 3）每当排队优先策略启动的时候，匝道车辆数就会突然 减少，相应的交汇区就会在一段时间内产生拥堵，因此会 产生一定的震荡 匝道 交汇区
16
4
仿真结果
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4 仿真结果
模拟结果 1）第一种策略
（无控制策略）
1）从匝道到主干线上的流量较少时，在交汇区并没有明显问题
2）从匝道到主干线上的流量较多时，交汇区出现交通拥堵，高
速路上平均速度降低，匝道也出现了到上游几百米的溢出
3）TTS为252.1veh h
4）AT为0，因为在此策略情况下，没有交通控制灯在作用 交汇区 交汇区
3 仿真设置
仿真场景
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3 仿真设置
到达流率
高速公路主干线上的最大 通行能力为6300veh/h
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3 仿真设置
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3 仿真设置
性能评价指标
1）车辆在匝道和高速路上花费时间最短 1）TTS 车辆在匝道和高速路上花费的 总时间 2）AT 当匝道上车辆数超过其可利用 的存储空间时，累计模拟次数， 可以反映排队溢出时间长短 2）匝道的排队溢出现象越少越好
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4 仿真结果
模拟结果 2）第二种策略
（ALINEA控制）
确定最佳的
1）当N< N 的时候，红灯时间最短，当前者接近后者的时候， 控制策略开始起作用 2）当 N =20时候，TTS为234.2veh h，比第一种策略控制 低7.1%
3）AT为1112 simulation time steps
高速公路入口控制匝道排队管理技术
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1 匝道控制的背景及意义
2 匝道控制与排队管理策略
3 仿真设置
4 仿真结果
5 思考与展望
2
1
匝道控制的背景及意义
3
1 匝道控制的背景及意义
调节高速公路入口匝
道的交通流量，改善 高速公路交通状况。
入口匝道车 辆排队现象
实时排队管理手段可避 免车辆排队对上游城市 道路/主干道的交通产 生干扰
Wmax自动微调
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4 仿真结果
实地测验
设定Wmax=28veh
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思考与展望
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5 思考与展望
结合排队控制策略的高速公路入口匝道的排队管理，相较 于常用的排队覆盖管理手段，在维持匝道控制性能的同时， 减少了匝道排队溢出的时空范围。而实地测验验证了本文 的结论。而这种新方法（采用排队控制策略实现更好地排 队管理同时包含排队覆盖策略来作为一个额外的保障）在 实地测验上是很值得推崇的。 未来排队管理技术的发展以及研究将包含 （1）入口匝道车辆等待时间约束 （2）双支入口匝道排队或等待时间的平衡。
4
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匝道控制与排队管理策略
5
2 匝道控制与排队管理策略
匝道排队估计
根据进入和离开匝道的车流量、匝道车辆占有率来估计当前匝道上的车辆数。
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2 匝道控制与排队管理策略
排队管理策略 策略1：ALENEA（线性状态调节控制）
• 基于闭环反馈控制的匝道控制策略 • 控制匝道和主干线间的合流区的车辆密度保持在一个期望值附近，使得主干线 下游流量最大。