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高速公路交通管控建模优化与研究
| 论文题名： | 高速公路交通管控建模优化与研究 |
| 关键词： | 高速公路;驾驶员特性;可变限速控制;交通仿真;Unity3D |
| 摘要： | 高速公路会因为道路养护以及交通事故等原因形成瓶颈路段，从而造成车辆与道路之间的供需矛盾，这是导致高速公路拥堵的主要原因。同时其自由流和拥堵流之间过渡区域存在过大的速度差，也容易引发交通事故，使高速公路失去了其安全高效的价值。本文主要对高速公路瓶颈路段的主动管控策略进行研究，并借助仿真系统对策略进行优化验证，以解决交通拥堵问题，但当前我国仿真软件研究相对欠缺，为了打破技术壁垒，避免被国外“卡脖子”情况的出现，因此未雨绸缪，对交通仿真相关模型进行梳理，建立了一套自有的仿真体系，利用Unity3D工具自主开发了一套交通仿真系统的雏形，通过搭建的仿真系统对管控策略进行优化验证。 首先，为了使研究从源头上保证合理，建立了一套考虑驾驶员特性的跟驰换道模型。其中跟驰模型是在全速度差模型的基础上加入反映驾驶员个体特征的期望车头时距，对传统的跟驰模型进行了改进优化；换道模型则是利用模糊推理的方法，将主客观因素进行结合，对感知到的非精确信息进行判断，进而进行换道抉择。在改进的跟驰换道模型的基础上进行管控方案的研究更加科学。 其次，对拥堵路段交通流特性进行分析，研究了可变限速控制对交通状态的影响，构建了主线可变限速管控模型，通过多目标综合函数多次迭代计算瓶颈区核心限速值，同时从安全行、舒适度以及车流特性等方面考虑，在瓶颈区上游路段实施分级限速控制策略，实现了车辆的平稳过渡。进一步的，建立交通状态综合评价体系。根据路段饱和度、交通密度、区间平均速度、平均车头时距四个指标求取拥堵状态评价值，通过不同驾驶员类型车辆比例下交通状态的变化趋势，验证了可变限速管控模型改善拥堵状态的可行性与高效性。 最后，本文借助Unity3D软件，搭建了集交通流模型、可变限速管控模型、综合评价模型于一体的交通仿真系统，并且可以根据需求进行二次开发，实现交通规划方案的可行性分析、性能分析。本文也基于搭建的交通仿真系统对于上文提出的可变限速管控方案进行验证，用综合评价法分析得出，实施可变限速控制时的拥堵程度明显低于无控制时，通过对上游车辆速度的控制，降低了下游瓶颈区的交通压力，瓶颈区将持续以最大饱和流率通过，提高了交通效率。 |
| 作者： | 张志刚 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 靳引利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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