高速公路限速控制研究
《2024年高速道路车速限制方法研究》范文
《高速道路车速限制方法研究》篇一一、引言随着交通事业的飞速发展，高速道路的普及为人们的出行带来了极大的便利。
然而，高速道路上的车速往往较快，给行车安全带来了隐患。
为了保障驾驶者和乘客的生命安全，维护交通秩序，本文旨在深入研究高速道路的车速限制方法。
二、车速限制的必要性1. 保障行车安全：车速过快容易导致车辆失控、制动距离延长等安全隐患，限制车速可以有效地降低交通事故的发生率。
2. 维护交通秩序：合理的车速限制可以引导驾驶员遵守交通规则，减少超速等违法行为，提高道路的通行效率。
3. 保护路况：过高的车速会对路面造成较大的磨损，合理的车速限制可以延长道路使用寿命。
三、高速道路车速限制的方法1. 依据道路类型与条件限制车速根据道路的设计标准、路面状况、交通流量等因素，制定相应的车速限制标准。
例如，对于弯道多、坡度大的路段，应适当降低车速限制；对于路况良好、交通流量较大的路段，可适当提高车速限制。
2. 采用智能化系统辅助车速限制利用先进的电子信息技术和监控设备，实时监测道路状况和车辆行驶情况，通过智能系统自动调整车速限制。
例如，在雨雪天气或能见度较低的情况下，系统可以自动降低车速限制。
3. 法律法规约束与处罚通过制定相关法律法规，明确规定高速道路的车速限制，并对超速等违法行为进行处罚。
同时，加强执法力度，对超速行为进行严格查处，提高驾驶员的守法意识。
4. 驾驶员教育与宣传通过开展驾驶员教育活动、宣传交通安全知识等方式，提高驾驶员的安全意识，引导驾驶员自觉遵守车速限制。
同时，加强社会宣传力度，提高公众对车速限制重要性的认识。
四、实施车速限制的挑战与对策1. 挑战：如何科学合理地制定车速限制标准。
对策：结合道路实际情况、交通流量、驾驶员行为等因素，进行综合分析，制定科学合理的车速限制标准。
2. 挑战：如何确保驾驶员遵守车速限制。
对策：通过加强执法力度、提高驾驶员安全教育、完善交通设施等方式，提高驾驶员的守法意识和交通安全意识。
高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究
高速公路瓶颈路段可变限速控制方法研究张乐飞【摘要】为缓解高速公路瓶颈区域产生的交通拥堵,降低交通波对上游交通流的影响,首先对瓶颈区域上游路段进行区间划分,然后在已有宏观交通流模型基础上,引入速度调解率系数,将其作为控制变量建立可变限速控制系统模型;并采用禁忌搜索算法对建立的模型进行求解.仿真结果表明,对高速公路瓶颈区域上游路段实施分区间可变限速联动控制,能有效地抵制瓶颈区域产生的交通波向上游快速传播,能够在一定时空范围内有效地缓解和消除交通拥堵.%In order to reduce traffic jam caused by bottleneck link of freeway, this paper presents a model of variable speed limits by adding a factor of variable speed ratio into the Papageorgiou macroscopic traffic flow model, the factor of variable speed ratio is set as a control variable for the proposed model and Tabu search algorithm is used to solve it. The simulation results show that the variable speed limits model can suppress shock wave spreading out upstream and eliminate traffic jam within limit space-time.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】6页(P78-83)【关键词】高速公路;可变限速;禁忌搜索【作者】张乐飞【作者单位】浙江交通职业技术学院,浙江杭州 311112【正文语种】中文【中图分类】U491目前,高速公路通常以85%位车速作为某一路段或整条主线的限速值,且大多数高速公路以110 km/h或120 km/h作为主线限速值.然而85%位车速改善行车安全的作用取决于车速分布的离散程度,即车速离散性越小,作用越明显.但是,在高流量情况下,一旦前方路段发生交通事件导致车流受阻,产生的交通波将迅速地向上游传播,交通流密度达到临界密度,此时为安全起见,应及时降低上游路段的交通流密度.已有文献在控制交通流密度方面的研究主要有匝道控制和可变限速控制两种方式.前者通过匝道处的交通信号予以实现,后者则通过高速公路上布设的可变限速标志予以显示.实施匝道控制是试图防止进入主线的交通流量过多;实施可变限速控制是为了防止主线交通流的移动速度过快.虽然两种方式都可以降低高速公路主线交通流的密度,但是匝道控制可视为是宏观调控主线交通流密度,无法对主线上某一路段的交通流进行直接干预控制;而可变限速控制则可通过向路侧的可变限速标志发布实时的限速信息直接控制该路段的交通流,因此可视为是微观调控具体某一路段的交通流密度,在实际管控中更具有立竿见影的效果.本文着重解决高速公路主线某一路段产生瓶颈时,如何通过路侧可变限速标志,及时诱导控制上游的交通流,防止上游交通流过快地积聚到下游拥挤区域.然而由于高速公路可变限速控制属于非线性控制问题,求解过程比较复杂,为解决该问题,本文作者提出了一种通过禁忌搜索算法优化求解该过程的方法,并通过仿真实验验证了该方法的有效性,为可变限速控制方法的实际应用提供了一种可借鉴的思路.1 可变限速控制系统建模为了能够对高速公路交通流进行动态的可变限速控制,需要建立能够表征高速公路交通流运行特性的交通流模型,并在此模型基础上构建系统的控制变量,然后通过实时优化系统的目标函数调节该控制变量,以达到动态控制交通流的目的.1.1 宏观交通流模型动态描述高速公路宏观交通流运行特性的模型主要有LWR模型[1]及在LWR模型基础上改进的Payne模型[2]和Papageorgiou模型[3].文献[4]又针对Papageorgiou模型在下游路段发生阻塞时存在的局限性进行了改进,改进后的模型更加符合实际交通流运行情况.本文以文献[4]改进后的模型为基础,构建高速公路宏观交通流模型,并在1.3节中对其进行了扩展,建立了用于可变限速控制的模型.高速公路路段如图1所示.图1 高速公路路段示意图Fig.1 Sections of freeway将高速公路主线划分为N个区间,各区间长度为Li,则根据流量守恒原则及交通流各参数间的关系模型,详细推导过程及参数意义可参见文献[4].图1中区间 i下一时段的交通流密度,受区间i当前时段交通流密度和上游相邻区间交通流量的影响,其交通流密度表达式为式中：ki(n)表示区间 i在第nT时段的交通流密度;qi(n)表示区间 i在第nT时段的平均交通流量表示第i区间长度(n)表示区间i匝道进口流量(n)表示区间 i匝道出口流量;T表示控制时间步长.区间i下一时段的交通流量与当前区间和上游相邻区间的密度和速度有关,其交通流量为.式中,vi(n)表示区间i内的交通流在第nT时段的平均速度;α为系数,此处确定为0.95.区间i下一时段的交通流速度既受下游相邻区间密度影响,又受区间i本身密度的影响,其速度为式中：V e[ki(◦)]为交通流稳定状态时的速度-密度关系式;μ(n)为修正式;τ为常数20.4;χ为常数4;ψ为常数40.当交通流稳定状态时的速度-密度关系为式中：v f为自由流速度,93 km/h;k jam为标定的最大交通流密度,110辆/车道◦km;l为常数1.86;m 为常数4.05;ρ为常数120;σ为常数35;μ1为常数12;μ2为常数6.1.2 可变限速区域划分如图1所示,已有宏观交通流模型是以进出口匝道为边界对高速公路主线进行区间划分,划分的目的是为了方便计算相邻进出口匝道间路段的交通流量,便于优化匝道调解率.然而,当高速公路主线某处发生交通事故后,为避免上游车辆快速地驶向事故路段,最直接有效的控制方法即是对上游路段进行限速控制.但是,如何界定限速的空间范围目前缺乏相应的理论依据.如果以文献[4]中划分的各区间作为限速区间,在实际应用中是不现实的,实际高速公路相邻进出口匝道间的路段长度通常十至几十千米,而事故发生时需要对事故路段最近的区域及时进行限速控制,且为安全起见车辆不能骤然减速,因此需要对事故路段上游进行区域划分,分成N个减速区间.由交通波理论可知,瓶颈引起的交通波传播速度为式中：v w为交通波速度;v f为自由流速度;η为标准化密度.由式(6)可知,若瓶颈区域持续的时间为Δt,则受影响的路段长度为式中：L con为受瓶颈影响的路段长度;Δt为瓶颈区域持续的时间.因此,可将受影响的路段作为限速控制区域,并将其划分为N个区间,分区间限速控制.1.3 可变限速控制模型对高速公路主线进行可变限速控制时,通常以发现瓶颈作为时间控制起点,以消除瓶颈作为时间控制终点,以瓶颈影响的区域作为空间控制范围,在上述时空范围内对上游各区间进行限速控制,以抵消瓶颈处产生的交通波对上游交通流的影响.然而,在进行可变限速控制时,既要从安全的角度考虑降低上游交通流的行驶速度,也要兼顾确保高速公路快速输送交通流的目标,因此,本文在进行可变限速控制时,以瓶颈区域交通流量最大化为目标函数,通过优化该目标函数求得上游各区间最佳限速值,目标函数表达式为式中,q b(n)表示瓶颈区域的临界交通流量,为了能够对上游各区间的速度进行调节,本文将式(4)进行改进,增加一个调解率系数λi(n),表示第i区间速度的调解率,改进后的公式为此外,本文仅分析如何对上游路段进行限速控制,因此假定上游路段无匝道进出口,进而将式(1)简化为下式本文提出的可变限速控制模型中为控制变量,通过调整第n个控制时间步长各区间速度的调解率,实现对各区间速度的控制.可见,通过调整,将实现交通流在各区间内密度和速度的重新分布,交通流的运行状态最终发生了改变.2 可变限速控制模型求解算法由前述分析可知,可变限速控制是通过调整各区间合理的限速值,达到均衡交通流,提高交通运输效率的目的.然而,采用数解法直接求解可变限速控制模型较为困难,为有效解决该问题,本文尝试采用禁忌搜索算法[5-6]对模型进行求解.1) 初始解确定.初始时,交通事故或施工导致的瓶颈区域已确定,受瓶颈区域影响的上游区域即可变限速控制区域,控制区域的范围需根据瓶颈区域的通行能力确定.从安全性角度考虑,行车过程中需避免突然减速,为此,本文将控制区域划分为 N个区间,通过调整各区间合理的速度分布值达到行车安全目的.系统初始化时,瓶颈区域临界交通流量 (n)已知,各区间速度和交通流密度已知,各区间的速度调解率均为1,即不需要调节,Λ(0)=[1,1,…,1,…,1].经过一个时间步长 T,则改变各区间的调解率,进而改变下一个控制时间步长内各区间的速度期望值.2) 赦免准则.赦免准则为：在每一次搜索过程中,记录已获取的最优解向量 (n),一旦候选集中的解全都被禁忌时,则选择其中最优解Λcan(n),并将Λcan(n)解禁,设置为下一个可行解.如果Λcan(n)优于(n),则将(n)设置为当前最优解.3) 邻域结构.可变限速控制系统在每个控制时间步长 T求得的解为N维向量Λ(n),该解的邻域结构可由如下邻域移动方法求得：设Λ(n)中元素λi(n)的值为,将设置为与原值不相等的任意一个值,Λ(n)中每个元素的变化都遵从上述移动规则,各元素移动后的解向量即为当前解的邻域结构,其中那些符合赦免准则的解或者没有被禁忌的解会组成当前解的候选集.4) 候选集.通常依据问题的规模确定,如果问题规模较小,则当前最优解邻域较少,此时可采用全邻域搜索;如果问题的规模较大时,则从邻域中选择若干个相对较优的邻域构成候选集.5) 终止条件.禁忌搜索算法与遗传算法、模拟退火算法较为相似,需设定优化迭代的终止条件.终止条件的设定方式较多,本文采取连续无改进原则结束程序执行：即设置一个最优解的迭代次数上限值,若在给定的上限范围内,目标函数值没有得到优化,便认为本算法的搜索过程进入循环,不能找到新的最优解,停止搜索,输出已经找到的最优解.3 仿真实验仿真实验借助开源交通微观仿真软件SUMO完成,采用Python脚本语言编写算法,算法中需要的各区间交通流平均速度、交通流密度及交通流量等实时参数通过SUMO提供的交通控制接口(TCI)[7]完成,将优化后的各区间可变限速值亦通过TCI 接口发送给SUMO环境下设置的各区间可变限速标志,车辆则对可变限速标志显示的数值给予实时响应.在实验中,选取了13 km路段,瓶颈区域范围为1 km,受瓶颈区域影响的空间范围为瓶颈区域上游6 km,影响的时间范围为1 h,各区间路段见图2所示.因此,在设计时,将上游12 km以1 km为间隔,划分为12个区间段,区间7至区间12为实施可变限速控制区域,区间1至区间6为未实施可变限速控制区域;控制的时间步长 T为60 s,整个控制时长为60个控制周期,即n=1,2,…,60.瓶颈区域的临界通行能力 q b为1 500 pcu/h,仿真过程中产生的流量范围为2 500 pcu/h至4 000 pcu/h,且流量产生服从泊松分布,仿真前500 s为平衡路网流量时段,500 s结束时作为可变限速控制系统的初始时刻,各区间初始密度和速度见表1所示.实验分为两种情况,即对区间7至区间12实施可变限速控制和全路段不实施可变限速控制.图2 高速公路瓶颈路段示意图Fig.2 Bottleneck sections of freeway表1 各区间初始交通流密度和交通流平均速度Tab.1 Initial speeds and densities of traffic flow at different ranges区间编号各区间平均密度/(pcu/km◦lane)各区间平均速度/(km/h)1234567891 0 11 12 19 17 20 20 20 15 20 16 13 13 16 14 80 82 84 84 82 83 81 82 84 88 84 833.1 无可变限速控制不实施可变限速控制时,瓶颈区域产生的交通波从区间12开始迅速向上游传递,1 h 后,其影响范围已延伸至区间7,如图3(b)所示;图3(a)可看出拥堵产生、传递过程中各区间速度的变化.由图3(a)、图3(b)可以看出,当主线产生瓶颈区域时,如果不实施可变限速控制,则上游交通流依然以较高的速度向下游行驶,而此时下游产生的交通波快速向上游传递,最终导致交通拥堵范围不断扩大,交通流速度急剧下降,交通流密度急剧升高,这种现象的发生无论是对交通安全还是对主线运输效率都将产生不利的影响.图3 无控制时各区间速度、密度变化图Fig.3 Speeds and densities under no control condition3.2 实施可变限速控制针对3.1节中的现象,在同样的交通背景下,采用本文设计的可变限速控制方法对受影响的区间12至区间7进行速度优化调节.考虑驾驶员行车减速安全及对限速值的敏感程度,本文将通过调解率调节后的限速值以5的倍数进行离散化,优化计算后的限速值形如50,55,60,70等整数.图4(a)、图4(b)为实施可变限速控制后的各区间速度、密度变化图.从图中可以看出,主线下游瓶颈产生后,及时调整上游各区间的速度值,可有效防止上游交通流快速涌向下游拥堵路段,各区间交通流密度虽然也经历了一个增长过程,但是随着各区间速度的联动调节,各区间密度随即减小,最终各区间交通流密度和速度趋于稳定,主线及瓶颈区域的交通流量均达到最大化.图4 实施控制后各区间速度、密度变化图Fig.4 Speeds and densities under control condition3.3 实验结果分析由于高速公路车速较快,一旦下游某处发生瓶颈,产生的交通波会快速地向上游传播,此时如果不对上游车辆进行速度控制,则上游的续进交通流依然快速涌向下游,当与传递过来的交通波相遇时,交通流的速度将急剧下降,产生breakdown现象,如图3(a)所示.产生这一现象的原因,是由于交通流无法在有限的时间和空间范围内进行平滑过渡、平稳调整,导致骤然波动.尤其是交通流骤然波动产生的后果将使受影响的区域不断扩大,因此,当下游发生瓶颈后,及时调整限制上游车辆速度确有必要.从实施可变限速控制前后的对比结果可以看出,未实施可变限速控制,交通流受瓶颈区域的影响需经历6个区间的空间调整和1 h的时间调整后,速度才开始逐渐恢复;而实施可变限速控制后,交通流在受影响的第30 min时密度便开始降低下来,如图4(b)所示,而各区间的交通流速度也能够保证一个平缓的过渡,如图4(a)所示,最终使主线及瓶颈区域的交通流量均达到最大化.此外,由图4(b)可以看出,实施可变限速控制,并不能完全消除交通波,在瓶颈发生的初始阶段,交通波依旧会产生,在一定的时空范围内依然会影响部分交通流.但是,很显然,实施可变限速控制后,能够抑制交通波的传播,缩小交通流受影响的时空范围,同时提高了交通运输效率.4 结论1) 本文针对高速公路经常出现的瓶颈区域交通拥堵现象,对已有宏观交通流模型进行了扩展,引入了调解率系数,从而建立了可变限速控制系统模型,使其能够描述高速公路可变限速控制的运动过程.2) 为解决可变限速控制模型优化求解过程中的复杂数值计算,本文采用禁忌搜索算法对建立的模型进行求解,降低了优化计算过程的复杂度,使得所提出的可变限速控制方法的动态实施成为可能.3) 实验结果表明,对高速公路瓶颈区域上游路段进行分区间可变限速联动控制,虽然不能完全消除瓶颈区域产生的交通波,但可以有效地抵制该交通波向上游快速地传播,是直接调控交通流密度的一种有效方法,能够在一定时空范围内有效地缓解和消除交通拥堵,提高道路交通运输效率.参考文献(References)：[1]Lighthill M J,Whitham G B.On kinematic waves Ⅱ ：A theory of trafficflow on long crowded Roads[C]//Proceedings of the RoyalSociety,London,Series A,1955,229(1178)：317-345.[2]Payne H J.Models of freeway traffic and control[J].Mathematical Models of Public Systems,1971,1：51-61.[3]Papageorgiou M,Blossevile J M,Hadj Salem H.Macroscopic modeling of traffic flow on the Boulevard Peripherique in Paris[J].Transportation Research(Part B),1989,23(1)：29-47.[4]Chen C C,Zhang Y P,Ioannou P A.Traffic density control for automated highway systems[J].Automatica,1997,33(7)：1273-1285.[5]Glover F.Tabu Search：PartⅠ[J].ORSA Journal on Computing,1989(1)：190-206.[6]Glover F.Future paths for integer programming and links to artificial intelligence[J].Computer&Ops Res,1986,13(5)：533-549.[7]Axel W,Michal P,Maxim R,et al.TraCI：an interface for coupling road traffic and network simulators[C]//CNS'08 Proceedingsof the11th communications and networking simulation symposium,2008：155-163.。
高速公路主线可变限速模糊控制及仿真研究
ｆｏ ｈ ｒｗｅ ｔｔ ｏｓｅ ｄ ｔｔ ，ｂ ｏ ｔ ｌ ｎ ａ ａ ｌ ｐ ｅ ｍｉ ｒｈ ｇ ｗ ｙ ｍａｎ ｔ ａ ｉ ｈ ｎ—ｒ ｍｐ ｕ ・ ｒ ｍ ｔ ｅｃ ｏ ｄ ｓａｅｔ ｔａ ｙ ｓａｅ ｙ ｃ ｎｒ ｌ ｇ ｖ ｒ ｂ ｅｓ ｅ ｄ ｌ ｔ ｆ ｉｈ ａ ｉｓｒ ｍ ｔ ｅ ｏ ｏｉ ｉ ｉ ｓｏ ｅ ｎ ａ ｐ
Ａ ＢＳ ＴＲＡ ＣＴ ：Ｉ ｈｅ ｉ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ ａ， ｗｉｈ ｕ ｅ ｔａ ｃ ａ ｉ ｔ ｔｅ ｆｅ ｗａ ｒｆｉ ｏ ｇ ｓｉｎ ｗｉｌｂ ａ ｓ ｄ ｎ ｔ ｎｔｒ ｈ ｎ ｅ ａ ｅ ｔ ｏ ｔ ｎｒ ｎ ｅ ｒ ｍｐ ｌｍｉ ， ｈ ｒ ｅ ｙ ｔａｆｃ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｅ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｔａｆｃｄｅ ｎ ｓｔ ｏ ｈｇ ｅ ｈ ｒ ｉ ｍａ ｄ ｉ ｏ ｉｈ． Ｆｏ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ｏ ｎｔｒ ｈ ｎ ｅ，ａ ｆ ｚ ｙ ｃ ｎｔｏ ｅｈ ｄ ｆ ｒｈｇ ｆ ｒｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆｉ ｅ ｃ ａ ｇ ｉ ｃ ｕ ｚ ｏ ｒ ｌｍ ｔ ｏ ｏ ｉｈｗａ ｒ ｆｃ ｙ ｔａｉ ｆ ｉ ｖ ｎ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｅ ｃ ｅ ｃ ｆｔａ ｃ ａ ｅｉｖ ｈｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｓ ｅ Ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｆ ｉ ｎ ｙ ｏ ｒ ｆ ｎｄ ｒ ｌｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ｓｉｎ． Ｔｈｉ ｏ ｔｏ ｔ ｄ ｃ ｎ ｒ ｇ ｌｔ ｒ ｆｃ ｆｏ ｉ ｉ ｓ ｃ ｎｒ ｌｍｅｈｏ ａ ｅ ｕａ ｅ ｔａｉ ｗ ｆ ｌ
高速公路可变限速控制算法研究
２ ０ １ ４年 ２月
北华 大学Байду номын сангаас 报（自然科学版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｂ Ｅ Ｉ Ｈ Ｕ Ａ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖｏ １ ．１ ５ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ４
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｖ ａ ｉａ ｒ ｂ ｌ ｅ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ； ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ； ｔ ｒ ａ ｉｃ ｆ ｌ ｆ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ； ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ
ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ． Ｃｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．
王 薇 ， 梁红梅 ， 李立超 ， 刘梦依
（ １ ． 吉林大学交通学 院 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ； ２ ． 安徽省智能交通重点实验室 ， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ８ ８ ）
摘要 ： 高速公路可变 限速控 制是 减少拥挤和事故发生的有效方法 ， 是近年来高速公路研究领域 的热 点． 对高 速公 路 可变限速控制算法进行综述分析 ， 根据控制区域的不 同将算法分成 主线可变 限速控制 和主线与匝道 可变限速 协调控 制两大类 ， 从这 两大类算 法出发 ， 分别 总结不 同算 法的应用 现状 ， 指 出 目前 研究 中存在 的主要 问题 ， 结合 最新 成果对未来研究 的方 向进行分析． 关 键词 ： 可变 限速 ； 控制算法 ； 交通 流理论 ； 智能算法
高速公路养护施工区限速控制研究概论
高速公路养护施工区限速控制研究摘要：本文依托交通仿真软件Vissim对各种限速条件下的交通运行情况进行仿真模拟，选取适合于养护施工区的安全评价指标，并对各种限速方案进行安全评价，得出较优的限速方案和限速标志牌的位置。
关键词：养护施工区；限速控制；安全评价；交通仿真Study on Speed-limiting Control of Freeway Work ZoneAbstract: The paper utilizes traffic simulation software VISSIM to carry on the simulation of traffic operation with variety of speed-limiting conditions. It selects the safety evaluation index which is suitable for work zone and carries on the safe evaluation of variety of speed-limiting program. At last the paper derives the better speed-limiting program and the location of speed-limiting signs.Key words:Work zone; Speed-limiting control; Traffic safety evaluation; Traffic simulation近年来随着高速公路事业在我国的快速发展，高速公路养护维修也已广泛开展，在高速公路上进行养护维修作业通常要封闭一部分车道，造成车辆运行环境恶化，因此在作业区路段易发生拥挤、排队、甚至发生事故。
为了确保作业区路段的交通安全，交通管理部门通常在作业区前方进行限速管理。
对高速公路养护施工区限速控制的研究将是提高作业区交通安全和保障运行效率的基础，本文依托交通仿真软件Vissim对多种限速问题进行微观仿真研究。
智能网联环境高速公路主线可变限速控制方法研究
摘要摘要高速公路凭借其高速运行、高安全性及高运输量的特点，在交通运输系统中是极为重要的组成之一。
但高速公路常常由于局部路段施工、突发事件等因素造成交通瓶颈区域的产生，导致行驶安全与通行效率降低。
随着智能网联技术的不断创新与发展，智能网联技术凭借信息实时交互性、车辆感知能力较强等性质，为高速公路控制领域提供一种新思路。
研究智能网联环境下的可变限速控制对改善瓶颈区域的交通运行状态与提升通行效率具有重要意义。
首先，将高速公路瓶颈区域作为研究对象，阐述了交通瓶颈的定义及特点，在此基础上举例分析了瓶颈区域拥堵蔓延与消散机理，通过对智能网联环境特点的分析，明确了智能网联汽车的跟驰模型与缓解拥堵理论，并提出可变限速控制理论，分析可变限速控制理论条件下的控制原理与结构。
其次，通过对比选取METANET模型作为可变限速控制的基础交通流模型，分析了可变限速控制与智能网联环境的特点对METANET模型进行改进，并利用仿真数据对模型进行了标定。
再次，参考模型预测控制的思想构建了可变限速控制系统，选择总通行流量、总行程时间、总速度差作为控制目标，根据三者的重要程度利用1-9标度法确定三者的权重系数，结合驾驶人与高速公路特性将限速值约束在合理区间，并将遗传算法作为求解工具，实现滚动优化。
最后，将SUMO作为基础的仿真平台，通过修改其内置文件增设智能网联汽车，并利用SUMO的TraCI 接口与python编程语言对SUMO进行二次开发，构建智能网联环境下的可变限速控制系统。
仿真结果表明，可变限速控制较无控制状态相比，可有效缓解拥堵，提升道路通行效率；改进的智能网联环境可变限速控制系统的控制效果更优于未改进的状态，且随着智能网联汽车渗透率的不断提升，交通运行状态将进一步改善。
关键词：智能网联环境；可变限速控制；瓶颈区域；METANET模型；SUMO 二次开发AbstractAbstractWith the characteristics of high speed,high safety and high transportation capacity,highways are one of the most important components in modern transportation system.However,highways often cause traffic bottleneck area due to local road construction,emergencies and other factors,resulting in reduced driving safety level and traffic efficiency.Intelligent connected vehicle technology provides a new method in the field of highway control by virtue of the real-time interactive information and strong vehicle sensing ability.It is of great significance to study the variable speed limit control in the intelligent network environment to ameliorate traffic operation status in the bottleneck area and improve the traffic efficiency.Firstly,the bottleneck area of the highway is taken as the research object,and the definition and characteristics of the traffic bottleneck are elaborated.Based on this,the mechanism of congestion spreading and dissipation of the bottleneck area is analyzed by examples.By analyzing the characteristics of the intelligent network environment,the intelligent connected vehicle following model and congestion alleviation theory are mentioned.Moreover,the variable speed limit control theory is put forward and the control principle and structure are analyzed under the framework of variable speed limit control theory.Secondly,METANET was selected as the basic traffic flow model of variable speed limit control through comparative analysis.The characteristics of variable speed limit control and intelligent network environment were analyzed to improve the METANET model, and the model was calibrated using simulation data.Thirdly,with reference to the idea of model predictive control,a variable speed limit control system is constructed.Total travel capacity,total travel time,and total speed difference are used as control ing the1-9scale method,the weight coefficients of the three control targets are determined according to importance.Based on the characteristics of the driver and the highway,the speed limit value is constrained toAbstracta reasonable interval,and the genetic algorithm is used as a solving tool to achieve rolling optimization.Finally,SUMO is used as the basic simulation platform,and the intelligent connected vehicle is added by modifying its built-in files.The SUMO TraCI interface and the python programming language are used for secondary development of SUMO to build a variable speed limit control system in an intelligent network environment.The simulation results show that compared with the uncontrolled state,the variable speed limit control can effectively alleviate congestion and improve traffic efficiency;the improved speed limit control system under the intelligent networked environment is better than the unimproved state.In addition,as the penetration rate of intelligent connected vehicles increases,traffic operation status will be further improved.Key words：Intelligent Network Environment,Variable Speed Limit, Bottleneck area,METANET Model,SUMO secondary development目录目录第一章绪论 (1)1.1研究背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1智能网联技术发展研究现状 (2)1.2.2可变限速控制策略研究现状 (3)1.2.3智能网联环境仿真与应用研究现状 (5)1.2.4研究现状总结 (7)1.3研究内容 (8)1.4技术路线 (9)1.5本章小结 (11)第二章高速公路瓶颈区域拥堵机理与缓堵理论分析 (12)2.1高速公路瓶颈区域理论分析 (12)2.1.1高速公路瓶颈区域定义及分类 (12)2.1.2高速公路瓶颈区域拥堵蔓延与消散机理 (14)2.1.3高速公路瓶颈区域检测方法 (17)2.2智能网联环境与缓堵理论分析 (18)2.2.1车辆行驶特征分析 (19)2.2.2智能网联汽车跟驰模型 (20)2.2.3智能网联环境缓堵理论 (22)2.3高速公路可变限速控制缓堵理论 (23)2.3.1传统高速公路限速理论 (23)2.3.2可变限速拥堵控制缓堵理论 (25)2.3.3可变限速控制结构分析 (26)2.4本章小结 (28)第三章智能网联环境高速公路主线可变限速交通流模型 (30)3.1可变限速交通流模型选择 (30)3.2智能网联环境可变限速交通流模型建立 (32)目录3.2.1基础METANET模型 (32)3.2.2METANET模型改进 (36)3.3参数标定 (39)3.3.1智能网联环境交通流基础参数分析 (39)3.3.2METANET模型参数标定与校准 (43)3.4本章小结 (45)第四章智能网联环境高速公路主线可变限速控制策略 (47)4.1基于模型预测控制的可变限速控制流程 (47)4.2多目标优化控制模型 (49)4.2.1控制目标函数构建 (49)4.2.2变量约束条件 (53)4.3基于遗传算法的目标函数求解 (54)4.3.1遗传算法基本原理 (54)4.3.2遗传算法参数设定 (57)4.4本章小结 (57)第五章智能网联环境可变限速控制仿真评价 (59)5.1仿真平台搭建 (59)5.1.1道路场景仿真设置 (60)5.1.2仿真平台二次开发 (62)5.2仿真结果分析 (64)5.3敏感性分析 (69)5.4本章小结 (71)第六章结论与展望 (73)6.1全文总结 (73)6.2研究展望 (74)参考文献 (76)致谢 (80)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (81)第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及研究意义随着各地区高速公路网络的迅速扩张，高速公路的行驶里程、运输量也随之迅速增长。
高速公路限速措施研究
高速公路限速措施研究摘要：受不利地形、气候条件、公路线形、驾驶行为等因素影响，高速公路交通事故时有发生。
限速行驶是保证行车安全的关键所在。
本文提出几种重要的限速措施，以减少交通事故的发生。
关键词：高速公路，交通事故，限速措施1 概述受不利地形、气候条件、公路线形、驾驶行为等因素影响，高速公路交通事故时有发生。
汽车长时间行驶在下坡、冰冻积雪等不良路段，往往会出现超速、制动失效的问题，给交通安全带来隐患。
限速是保证行车安全的关键所在，因此，限速措施的合理设置尤为重要。
2 限速的重要性在高速环境下行车，驾驶员的生理状态会有所改变，具体表现在：眼睛的动态视力降低、视野变窄、判断能力减退、平衡感失调等，对交通安全极为不利。
此外高速对汽车性能也有所影响，它会导致轮胎变形、影响汽车的操纵性和稳定性、扩大汽车制动的非安全区、制动效果变差等。
事故成因中最重要的一项就是高速，尤其在长大纵坡路段更为明显。
因此，为了保障高速公路交通安全与畅通，采取限速措施是非常有必要的。
3 限速措施3.1主动措施主动措施是从驾驶员心理和提高其素质及认识来达到降低行车速度的目的，主要包括宣传、教育、法规建设及执法。
3.2 被动措施被动措施主要是通过路面或路侧的一些强制性设施达到控制车辆速度的目的，如设置限速标志和交通信息预告标志，相应的配套措施还包括彩色路面、错视觉标线、减速标线等速度管理设施。
这些设施的综合使用能够有效地提醒或强制驾驶员减速，对控制车辆的速度具有很有效的作用。
3.2.1交通标志在纵坡坡度大于规范值的路段或经常发生制动失效事故的下坡路段可设置陡坡标志，如图所示：在连续两个及两个以上路段平均纵坡坡度大于等于规范值，且连续下坡长度超过3km的坡顶以前适当位置，或经常发生制动失效事故的下坡路段设置连续下坡标志。
连续下坡总长大于3km时，应以辅助标志表示连续下坡的坡长或在下坡3km后重复设置连续下坡标志。
如图所示：当有必要提醒车辆驾驶人保持安全的行驶速度时，可设置建议速度标志，并宜与其他警告标志联合使用和附加辅助标志。
不良天气下高速公路限速问题研究
不良天气下高速公路限速问题研究摘要：分析不良天气对车辆安全行驶的影响机理，基于停车视距原理，建立安全停车数学公式，考虑能见度、坡度、附着系数对人与车的影响，计算出雨雪天气条件下高速公路的最高车速限速值，为合理限速提供参考值。
关键字：不良天气；停车视距；限速0.引言高速公路随着里程的不断增加，承载了越来越多的交通责任，不可避免的会出现高速公路事故频发的现象，尤其是不良天气下交通事故发生的几率大大增加。
据统计不良天气的事故率是普通天气下的几十倍，不良天气主要包括雨、雪、风、雾等。
不良天气对人、车、道路的影响无法回避，最有效的控制不良天气下行车安全措施就是限速，而科学的限速既能有效减少不良天气下交通事故的发生，又能充分的利用高速公路的通行能力。
我国《道路交通安全法》实施条例第八十一条规定,机动车在高速公路上行驶,遇有雾、雪、雨、沙尘、冰雹等低能见度气象条件时,应当遵守下列规定:能见度小于200 m时,开启雾灯、近光灯、示廓灯和前后位灯,车速不得超过60 km/h,与同车道前车保持100 m以上的距离;能见度小于100 m时,开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯,车速不得超过40 km/h,与同车道前车保持50 m以上的距离;能见度小于50 m时,开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯,车速不得超过20 km/h,并从最近的出口尽快驶离高速公路。
而条例内未提及坡度和不良天气对车辆和驾驶员的影响，单纯的从能见度进行限速，理论依据不充足。
综上所述，本文对雨天和冰雪天气下高速公路的限速进行研究。
1.不良天气对车辆安全的影响因素1.1雨天对车辆安全的影响因素雨天时路面附着系数很小（见表1），随着车速的增加,路面的附着系数更是急剧减少，当车速达到一定数值就会发生“滑水”现象（在一定时候，胎面下的动水压力等于垂直载荷，即轮胎完全漂浮在水膜上与路面不接触，这时的侧滑力为零）。
刚开始下雨，路面只有少量雨水时，雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成粘度高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液；由于水膜液的润滑作用，附着性能将大为降低，平滑的路面有时会同冰雪路面一样滑溜。