基于复杂网络同步的城市快速路事故下协调控制研究

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交通事故是造成道路交通特别是城市快速路拥堵从而降低其通行效率的主要原因之一,特别是通勤等需求较高时段尤为严重。作为大和特大城市道路交通系统的重要组成部分,快速路的相对封闭性导致事故处理难度加大,车辆可供选择路径有限,事故影响范围扩大,快速与大容量等特点不能发挥出来。考虑到快速路相邻匝道间距离较短,单匝道调节和主线限速效果有限,事故下的多匝道协调控制成为主要手段。现有的多入口匝道协调控制模型存在反馈机制缺乏、求解过程繁琐、不适用于大规模网络、需提前确定控制范围等不足,且均不涉及事故状态下城市快速路复杂网络理论及其同步控制。针对该问题,本文基于元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)对事故点上下游元胞进行重新划分,重构节点,建立事故下城市快速路复杂网络节点耦合模型,通过控制器算法确定系统稳定性条件。以天津市快速路南半环逆时针方向“红旗南路宾悦桥-黑牛城道海津大桥与昆仑路交点”段为实验对象,对事故下城市快速路的协调控制进行实验分析。具体内容为:(1)建立事故下城市快速路改进元胞传输模型(Modifed Cell Transmission Model,MCTM)。对事故状态下的城市快速路交通流特性进行分析,建立不同元胞长度的MCTM,并在此基础上对事故点上下游元胞进行重新划分,重构节点。(2)构建事故下城市快速路节点耦合模型。将CTM和复杂网络同步理论相结合,分别构建城市快速路单节点状态转移模型和事故下基于复杂网络理论的城市快速路节点耦合模型。(3)设计基于复杂网络同步的事故下城市快速路多入口匝道协调控制器。考虑复杂网络同步,提出一种多匝道协调控制方法,即牵制控制;设计控制器,用以确定控制参数,如反馈增益矩阵、控制范围等。(4)实验分析。以天津快速路东南半环逆时针方向“红旗南路宾悦桥-黑牛城道海津大桥与昆仑路交点”段为实验对象,对事故下城市快速路交通流进行仿真实验,在控制路段分别施加牵制控制信号和全局控制信号,并将其仿真结果与不施加控制结果作对比,从而验证本研究所提出的事故下城市快速路多入口匝道协调控制策略缓解交通拥堵、降低事故影响的有效性。
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