论文部分内容阅读
城市快速路入口匝道作为连接地面道路与快速路的重要环节，驶入车流量大、车辆换道行为频繁，易造成快速路主线下游拥堵，并向快速路上游传播；同时入口匝道处排队往往会蔓延至相邻交叉口，甚至造成排队溢出，严重影响地面交叉口群的通行效率。因此，综合考虑快速路主线、入口匝道和毗邻交叉口群的协同控制对于协调快速路与地面道路相互作用关系，平衡快速路和地面道路的交通需求，提高整个混合道路系统的交通效率有重要作用。本文利用交通采集系统和交通控制系统提供的交通信息，深入挖掘入口匝道与快速路主线和毗邻交叉口群的流量相关性，提出交叉口群关键路径识别方法和综合考虑快速路主线、入口匝道、交叉口群的协同控制策略。主要研究内容包括以下几个方面：
(1)以上海市南北高架东侧徐家汇入口匝道影响区域为例，首先针对采集的交通流数据存在的数据缺失与异常数据问题进行处理，再应用经验模态分解法对交通流数据进行去噪，并对快速路主线、入口匝道和交叉口群进行交通流特征分析，为后续研究打下数据基础。
(2)应用基于动态时间弯曲距离算法的时间序列相似性度量方法，以入口匝道断面为基准，分别度量其与快速路主线各断面及交叉口群各交叉口进口道的流量变化特征相似性。基于流量变化特征相似性的度量结果及其影响因素对交叉口群内各交叉口进口道进行K-Means聚类分析，为实现交叉口群内路径的分级控制提供理论依据。
(3)应用隐马尔可夫模型描述各交叉口进口道断面流量时间序列和隐含的入口匝道与交叉口相关状态序列之间的相互作用关系，构建了交叉口群的路径关联度识别模型。之后，提出改进的交叉口群路径关联度模型对路径关联度识别模型的初始参数进行标定。利用路径关联度识别模型预测识别交叉口与入口匝道的相关性得到交叉口群的关键路径。通过不同案例的识别结果表明此模型具有良好的实际意义与应用价值，为后续交叉口群和入口匝道协同控制提供基础。
(4)提出了综合考虑交叉口群关键路径、入口匝道和快速路主线的协同控制策略。通过结合路段承载车辆数模型、宏观交通流METANET模型和ALINEA算法构建协同控制模型，建立相应的目标函数和评价指标。采用MATLAB软件针对不同的仿真场景进行数值仿真，验证了控制策略的可行性和有效性。
(1)以上海市南北高架东侧徐家汇入口匝道影响区域为例，首先针对采集的交通流数据存在的数据缺失与异常数据问题进行处理，再应用经验模态分解法对交通流数据进行去噪，并对快速路主线、入口匝道和交叉口群进行交通流特征分析，为后续研究打下数据基础。
(2)应用基于动态时间弯曲距离算法的时间序列相似性度量方法，以入口匝道断面为基准，分别度量其与快速路主线各断面及交叉口群各交叉口进口道的流量变化特征相似性。基于流量变化特征相似性的度量结果及其影响因素对交叉口群内各交叉口进口道进行K-Means聚类分析，为实现交叉口群内路径的分级控制提供理论依据。
(3)应用隐马尔可夫模型描述各交叉口进口道断面流量时间序列和隐含的入口匝道与交叉口相关状态序列之间的相互作用关系，构建了交叉口群的路径关联度识别模型。之后，提出改进的交叉口群路径关联度模型对路径关联度识别模型的初始参数进行标定。利用路径关联度识别模型预测识别交叉口与入口匝道的相关性得到交叉口群的关键路径。通过不同案例的识别结果表明此模型具有良好的实际意义与应用价值，为后续交叉口群和入口匝道协同控制提供基础。
(4)提出了综合考虑交叉口群关键路径、入口匝道和快速路主线的协同控制策略。通过结合路段承载车辆数模型、宏观交通流METANET模型和ALINEA算法构建协同控制模型，建立相应的目标函数和评价指标。采用MATLAB软件针对不同的仿真场景进行数值仿真，验证了控制策略的可行性和有效性。