【摘 要】
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我国高速公路运输网规模巨大,日益增长的运输需求增加了道路负荷,也突出了运行风险问题,频繁发生的交通事故给社会和经济带来了无法估量的损失。随着高速公路检测系统的完善和智能交通系统（ITS）的推广,研究智能化、人性化的风险防控技术是未来发展趋势,对于事故风险防控方法的研究,也从被动经验模式向主动防控模式转变。高速公路可变限速控制是目前较为成熟的管控方法,在提升道路通行效率和提高道路安全方面起到重要作用
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我国高速公路运输网规模巨大,日益增长的运输需求增加了道路负荷,也突出了运行风险问题,频繁发生的交通事故给社会和经济带来了无法估量的损失。随着高速公路检测系统的完善和智能交通系统（ITS）的推广,研究智能化、人性化的风险防控技术是未来发展趋势,对于事故风险防控方法的研究,也从被动经验模式向主动防控模式转变。高速公路可变限速控制是目前较为成熟的管控方法,在提升道路通行效率和提高道路安全方面起到重要作用。本论文从事故风险防控的角度出发,提出了高速公路逐级限速控制方法。首先统计了加拿大Whitemud Drive交通数据和甬台温高速公路事故数据,分析了可变限速控制对道路通行能力、车速离散性等效率和安全指标的影响,验证了实施可变限速控制的必要性。根据逐级限速控制策略对交通流预测的需要,在经典的METANET宏观交通流模型基础上,引入可变限速控制参数和驾驶员服从率,提出模型改进和参数标定方法。探讨了高速公路瓶颈形成的原因和位置,将其划分为道路基础设施产生的固定式瓶颈和交通干扰波影响产生的移动瓶颈。分析了不同交通状态下静态限速和可变限速实施后的交通波时空影响范围,为逐级限速控制研究提供了理论依据。逐级限速控制优化模型的设计中,首先提出了逐级限速控制策略,明确以突发事故为代表的瓶颈路段上游的控制区域划分方式,以及追尾事故风险判别方法。为了实现事故风险防控和缓堵保畅的目的,本论文将高速公路逐级限速控制问题抽象为一个多目标问题,并使用线性加权法构建优化目标函数,以满足模型实时计算和便于求解的需要。提出了逐级限速分级次数的确定方法,添加保障交通运行和安全的约束条件,根据实际道路和交通环境求解最佳限速方案。仿真实验验证环节,应用MPC算法将交通流模型和限速模型整合起来,滚动优化限速级数和限速值。在不同交通条件下,将静态限速控制和逐级限速控制方案的运行结果进行对比分析,结果表明本论文提出的考虑事故风险防控的逐级限速控制研究是可行的,可以起到缓解拥堵、提高安全的作用。
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