《城市快速路速度引导控制技术及仿真》陈大山著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《城市快速路速度引导控制技术及仿真》

【作　者】陈大山著

【页 数】 92

【出版社】 南京：东南大学出版社 , 2016.12

【ISBN号】978-7-5641-7035-6

【价 格】22.00

【分 类】城市道路-快速路-交通流-交通分析-交通信息系统

【参考文献】 陈大山著. 城市快速路速度引导控制技术及仿真. 南京：东南大学出版社, 2016.12.

图书封面：

图书目录：

《城市快速路速度引导控制技术及仿真》内容提要：

本书在对实际快速路交通数据分析的基础上，探讨了全面应用的单点速度引导值的确立与多点速度引导值空间优化策略；扩展了宏观动态交通流模型，通过模型预测控制，对速度引导时间优化进行仿真分析；考虑速度引导控制正面效应区间，对不同交通需求与服从度进行比照分析；应用SSAM对运行轨迹建立对数性模型，并以此模型作为事故风险模型。

《城市快速路速度引导控制技术及仿真》内容试读

第1章

绪

论

1.1研究支撑

国家自然科学基金项目：面向动态事故风险的快速路速度引导模型预测控制（编号：51408252)。

国家自然科学基金项目：车路协调环境下多车协同交通流建模、实验及仿真（编号：61004113)。

1.2研究背景

1.2.1城市快速路高速发展

自1941年美国洛杉矶修建第一条城市快速路后，兴建快速路成为发达国家实现城市发展与解决城市交通问题的重要举措。中国首条城市快速路为北京市1990年修建的二环快速路，此后，上海于1992年修建内环高架快速路浦西段，西安于1993年开始修建城市快速路，广州于1997年修建内环高架快速路。与此同时，深圳、南京、苏州、青岛、天津、佛山、重庆等国内城市先后规划并修建了城市快速路。至2010年底，北京市中心城区快速路总里程为280km,上海市中心城区快速路里程达141km,深圳市规划到2012年底，高快速路通车里程达470km。城市快速路作为城市内骨干路网，承担了较大比例的交通。上海中心城(不含外环)8%的快速道路承担30%以上的车公里。北京市主要快速路二、三、四环的总长度仅占北京路网长度的8%，却承载了近50%的车流量。城市快速路系统运行的好坏直接影响着城市交通效率的发挥。面对凸显重要地位和越发拥挤的城市快速路，交通管理方式的转变与创新非常有必要，在此背景下主动交通管理应运而生。国内现有的关于城市快速路的主动交通管理的研究还停留在理论层面上，同时模型的稳定性、有效性及创新控制方法、研究技术系统，以及提高方法的可操作性仍需要进一步的深人。因此，我们必须立足于实际的城市快速路交通流特征，对城市快速路的主动交通管理体系进行研究，提出恰当的主动交通管理控制策略，并且能对其进行相应的验证与评估。

1.2.2交通拥挤与空气质量恶化

随着城市的发展，城市的交通问题日益突出。机动车保有量的不断增加，直接导致乘车、出行拥挤，道路超负荷，平均车速下降，交通事故频发。截至2015年12月，全国机动车

1

保有量已经突破2亿，达到2.79亿辆，其中汽车保有量达到1.72亿辆。城市交通的需求矛盾越加严重，交通拥挤日益严重。同时，交通事故频发，空气质量恶化，2011年的灰霾天气

原因备受社会公众的广泛关注，国家环境保护部对此公开宣称罪魁祸首PM2.5主要来自

路

机动车尾气。另一方面，交通拥挤也造成了大量的经济损失。据研究报道，美国每年因交

度

通拥挤造成的经济损失约410亿美元：日本东京每年因交通拥挤造成的时间价值损失约为1000多亿美元：欧洲每年因交通事故、交通拥挤和环境污染造成的经济损失分别为500~

控

5000亿欧元和50~500亿欧元。因此，提高城市快速路系统的运行效率与安全水平，对于减少污染物排放及降低事故率具有重要的意义。

术

及

1.2.3车路协调技术发展

真

近十多年来，电子信息和无线通信技术的迅速发展与应用，推动了以车车、车路通信为基础的“车路协调”(Vehicle Infrastructure Integration,VII)系统的规划实施。VII系统可以缩短驾驶员反应时间、大幅提高车辆通行效率和交通安全，正受到政府、企业以及研究机构的广泛关注。美国交通运输部在关于智能交通系统(Intelligent Transportation System,

TS)的发展计划中指出VⅡ是ITS研究的必经阶段，并将其列在未来九大发展领域的第二

位；日本、欧盟也都开展了一系列VⅡ研究及示范工程计划；我国科技部在TS领域“十二

五(2011一2016)”科技规划中也将“车路协调系统”列为五大重点研究领域之一。利用交通

流建模及仿真则可以对真实世界中尚未得到实施的VⅡ技术进行细致的分析，对已实施的

技术提出优化建议。在不对现有交通系统产生任何干扰下，进行多种系统方案的检验，引

导出更有效的系统实施。因而车路协调环境下交通流建模与仿真对于推动VⅡ的研究具有

重要的意义，其理论与技术是目前亟待解决的核心问题。

1.2.4主动交通管理理念应用

近年来，随着ITS技术的快速发展，对快速路进行主动交通管理成为研究热点。美国

交通部在20l0年编制的Five Year ITS Strategic Plan中，明确提出将Dynamic Speed har-monization作为网络交通流优化的重要手段。科技部在国家科技规划中也将“智能交通系统”列为重点研究领域之一。同济大学率先在上海市快速路系统进行了速度引导实地实验研究。随着交通信息采集系统的发展以及相关交通控制设备功能的提升，可获取的信息及可执行的快速路管理控制策略等诸多方面，为快速路交通流理论和主动交通管理的实现提供了较强的技术保障，主动交通管理集成技术及效应如表1.1所示。

表1,1主动交通管理技术及效应分析

主动交通管理

提高通行

降低初次

降低二次

降低事故降低车辆

降低

提高驾驶行降低噪音减少污染物

能力

事故

事故

严重性

速度方差

车间距

为统一性

排放

速度引导

▲

4

▲

▲

动态路肩

使用

排队警告

▲

动态匝道

控制

2

续表

主动交通管理

提高通行降低初次降低二次降低事故降低车辆

降低

提高驾驶行

减少污染物

车间距

降低噪音

能力

事故

事故

严重性

速度方差

为统一性

排放

动态车道

绪

管理

4

动态路径

论

信息服务

1.3研究内容与界定

1.3.1问题提出

随着城市快速路基础设施建设的逐步完善，任务重心逐渐从设施建设向精细化管理过渡，管理模式同时从被动式监控管理逐渐过渡到集成式主动交通管理。城市快速路作为城市路网的重要组成部分，在主动交通管理方面需要进行有效的尝试。本书研究内容属于城市快速路集成式主动交通管理的一部分，通过速度引导控制，围绕城市快速路运行效率与安全为主线进行探讨研究。对研究对象进行有关范围的限定如下：首先快速路的道路设计是科学合理的，不对道路设计问题进行深入分析；其次假定控制系统的通信完好，并且检测器的数据是准确的，不对信息来源的准确性进行深入分析；同时假定驾驶员行为规范，遵守规则，不对驾驶员由于违章造成交通混乱进行深入研究。

1.3.2研究内容

本书主要从理论研究与实践分析两方面进行思路聚焦。理论分析方面通过引入速度引导控制，拓展并建立宏观动态交通流模型，并进行基于该宏观动态交通流模型下速度引导模型预测控制；同时构建速度引导控制下城市快速路多目标优化模型，通过仿真分析，确立速度引导空间优化方案：速度引导控制下，采用智能算法嵌入Kalman滤波进行城市快速路动态OD估计。实践分析方面，首先通过对城市快速路的实测交通流数据分析，辨识交通流参数；速度引导下进行不同交通需求模式与驾驶员服从率的敏感性研究分析，确立速度引导的正面效应区间；通过现实路段微观建模分析，建立基于冲突数量的对数线性模型。最后，将理论研究与实践分析相结合，建立基于冲突数量的城市快速路速度引导模型预测控制策略。

速度引导是指在道路设施、交通状况、气象以及特殊需求等条件下，为达到交通流安全、稳定、高效运行目标而为出行者提供的最佳运行速度。其最鲜明的特征为点选择速度，并非区间选择速度。目前速度控制研究重点主要集中在可变速度控制上，而作为车路协调背景下主动交通安全的一种重要方法，速度引导研究偏少。可变限速为区间速度选择控制，速度引导为点速度选择控制，因此速度引导控制可取得更为精确的控制效果。速度引导是主动交通管理(Active Traffic Management)的一种重要手段，为解决车辆速度的突变而导致的安全性问题提供了一种新的思路。

为兼顾城市快速路运行效率与安全水平，通过速度引导控制对城市快速路进行主动式交通管理，本书具体的研究内容主要包括以下几个部分：

3

市快

8080

路

度

导

制

术

图1.1速度引导示意图

真

(1)城市快速路交通流参数辨识：分析城市快速路交通流特性，通过实测快速路交通流数据，对交通流模型参数进行辨识，同时采用多种方法对比分析辨识结果

(2)城市快速路速度引导值确定：对速度引导值确定方案进行算法设计，通过构筑快速路出行指数指标，进一步设计城市快速路速度引导值生成策略。

(3)城市快速路速度引导宏观控制模型：建立速度引导控制下城市快速路宏观动态交通流模型，通过模型预测控制，对控制效果进行分析，揭示速度引导控制时间来优化仿真分析结果。

(4)城市快速路速度引导控制多目标优化：对城市快速路速度引导控制下交通流进行多目标优化分析，对比不同空间优化方案下，快速路速度引导结果差异，实现空间优化方案。

(5)城市快速路动态OD估计：速度引导控制下，采用智能算法嵌人Kalman滤波进行

城市快速路动态OD估计。

(6)速度引导控制敏感性分析：速度引导介入下进行不同交通需求模式与驾驶员服从率的敏感性研究分析，确立速度引导的正面效应区间。

(7)速度引导对数线性模型：通过现实路段微观建模分析，建立基于冲突数量的对数线性模型。

(8)量化安全速度引导控制分析：理论研究与实践分析相结合，建立基于量化交通安全的城市快速路速度引导模型预测控制策略。

1.4研究目的与意义

城市快速路系统是城市的大运量快速交通走廊，是城市道路系统的主骨架。目前国内多个大城市的快速路系统已经建立了基于线圈的信息采集系统、基于视频牌照的行程时间采集系统、信息发布系统、匝道控制系统、交通事件管理系统以及紧急救援系统，对缓解城市交通拥堵起到了巨大的作用。然而，对于速度管控的细分领域，速度引导研究目前还处于起步阶段，接下来，我们需探讨在我国城市快速路日常运行管理中，如何导入速度引导控制来缓解、延缓甚至是消除拥堵，减少事故的发生。

城市交通系统具有开放性、非线性及不确定性等复杂特征，城市快速路系统作为城市交通系统的重要组成部分，很难用精确的数学模型来描述系统的复杂特征。国外部分研究

的数学模型和核心算法都是以本国的交通流特征为基础的，且国外和国内的交通流构成存在着很大的区别，因此将国外的研究成果应用到我国的实际情况上，很难获得理想的效果。故我们需通过实测数据研究出面向中国快速路主动交通管理的速度引导控制系统

章

通过对中国典型城市快速路真实交通数据的分析，从理论与实践两个方面深入探讨，

绪

分析速度引导控制的适应范围。通过在快速路控制系统中嵌入速度引导控制、主动式平滑

论

交通流，提高道路通行能力与行程时间的可靠度；同时降低事故发生的可能性，减轻事故的伤害严重程度，避免二次事故发生。期望快速路运行中的安全与效率方面能达到双赢的局面。

1.5研究思路与内容安排

1.5.1研究思路与技术路线

本书具体研究内容与研究框架如图1,2所示。

强度Pareto进化

算法(SPEA2)

城市快速路速度引导空间优化

集合理论

扩展宏观动态

交通流模型

理论研究

城市快速路速度引导时间优化

摸型预测控制(MPC)

城市快速路速度

Kalman滤波

速度引导控制下

动态OD估计

智能算法

导关键技术研究

城市快速路交通

快速路交通流

参数辨识

特征变量参数

量化交通安全速度引导模型预测控

快速路速度引导

交通需求模式与

实践分析

效应敏感性分析

驾驶员服从率

速度引导安全性

面向冲突数量

模型分析

对数线性模型

图1.2本书整体研究框架

5

D

城

1.5.2本书章节安排

速

本书共分为9个章节，各章详细安排如下：第1章绪论

速

鉴于城市快速路在城市路网中的重要作用，以及城市道路交通逐渐从基础设施导向转向精细化交通管理，伴随交通需求的跨越式增长以及交通拥堵与交通事故的频发，在车路

导

控

协调研究背景下，在城市快速路管理中引人主动交通集成管理。速度引导控制作为主动交

制

通管理的重要组成部分，其对提高快速路通行能力，降低快速路事故的发生频率具有相当

术

多的正面效应。通过理论研究与实践分析对速度引导下城市快速路建设进行控制设计。本章给出本书的研究背景、研究内容与研究的技术路线。

真

第2章城市快速路管理控制综述

通过对城市快速路控制管理相关研究的历史追溯，了解国内外研究现状。针对国内城市快速路管理中速度引导研究的盲点，借助在欧美国家得以广泛应用于实际的速度管理与

控制，强调以驾驶员为导向的ATM主动交通管理的速度引导策略的研究，指出需要解决的

问题，为实践中的城市快速路交通管理提供决策支持。

第3章城市快速路交通流特征及参数辨识

介绍城市快速路的概要与特点、交通流基本参数与交通特征参数；同时，分析上海市城市快速路系统分布，基于固定检测线圈检测到的交通流数据，对快速路流量、速度、占有率及其之间的关系进行分析；通过分析实测数据得到交通流基本参数，同时统计分析车辆平均长度，对上海市快速路的交通特征参数进行了不同方法下的标定。

第4章城市快速路速度引导空间优化

对速度引导值确定影响因素进行了研究，通过对道路设施、交通状况、气象与特殊交通需求等影响因素进行分析，借助双层模糊逻辑智能控制对单点速度引导值的确定进行了设计，可为速度引导值的确定提供技术支持。同时，对于连续多点速度引导值的空间优化确定策略进行了方案对比并进行仿真分析。

第5章城市快速路速度引导时间优化

在分析宏观动态交通流模型研究基础上，引入速度引导控制，对交通流宏观模型进行

扩展。在MATLAB仿真环境下，以下游交通突变状况进行速度引导的模型预测，控制仿真

分析。结果表明，基于宏观动态交通流模型的速度引导控制能够有效地平滑交通突变的影响时间与影响范围，对交通异常状况速度引导可进行主动式的交通控制。

第6章城市快速路速度引导控制敏感性分析

驾驶员对于速度引导值的服从程度直接影响控制效果；同时当道路交通需求达到一定程度的时候，速度引导控制也许会失去效应甚至可能会起负面作用。通过上海市真实快速

路段为对象抽象建模，建立VISSIM仿真模型，根据不同的交通需求与驾驶员服从率进行

仿真分析，探讨速度引导控制正面效应的交通需求区间及速度引导控制效果与驾驶员服从率之间的关系。

第7章基于量化安全的速度引导模型预测控制

对于车辆速度因速度引导控制而导致的变化对交通安全的影响需要进行评估，需要研

究在以量化后的安全为原则的前提下，进行速度引导控制。建模分析，利用SSAM对模型

6

···试读结束···