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基于宏观交通流模型的高速公路事故后风险传播及控制研究
| 论文题名： | 基于宏观交通流模型的高速公路事故后风险传播及控制研究 |
| 关键词： | 高速公路;事故风险传播;宏观交通流模型;换道引导控制;可变限速控制 |
| 摘要： | 随着我国机动车保有量的不断增长以及高速公路网络的扩展与提升，高速公路面临的交通安全问题日益严峻，这给道路使用者和管理者均带来了巨大考验。在交通强国战略的背景下，科学有效的交通事故风险传播分析及相应的控制方法研究，对改善高速公路交通安全状态、降低国民经济财产损失，具有重要意义。然而，目前针对高速公路交通事故的研究多集中于对事故影响因素的分析及事故风险的评估与预测，有关事故后的交通风险传播及控制的研究还相对较少。事故发生后交通风险向上游路段传播，在其时空影响范围内，路段上的交通流事故风险将处于不确定性的波动过程中，若能准确描述交通事故风险在道路上的传播过程，量化事故风险，将为交通安全预警和交通风险管控提供理论依据。因此，本文以高速公路事故路段为研究对象，对交通事故后的风险传播及相应的控制方法展开研究。 首先，研究高速公路事故后路段上的事故风险传播行为。高速公路事故的发生常常伴随着车道占用及由此引发的车辆换道现象，而这两种现象是诱发二次事故的主要风险因素，分析这两种风险因素对交通流的影响，并基于此对经典的宏观交通流模型进行改进，建立事故风险下的交通流模型，模拟高速公路事故路段的交通流运行。结合流体力学中流体动能变化速率的概念，以交通流动能变化速率表征事故风险大小，并提出基于交通流动能变化速率的风险传播时间和影响范围计算模型，以此描述事故风险在路段上的传播过程。 其次，提出针对高速公路事故路段的风险管控方法。分析事故瓶颈处的容量下降现象、换道引导控制及可变限速控制对交通流基本图的影响，对基础的元胞传输模型进行改进；并在此基础上，构建以交通流密度分布最优和换道次数最少为目标的换道引导控制模型，以及以限速段车流的总速度差最小、总行程时间最小和道路利用率最大为目标的可变限速控制模型。分析模型预测控制MPC的控制逻辑，提出基于MPC框架的换道引导—可变限速协同控制方法。 最后，对本文提出的协同控制方法进行了仿真验证。根据论文设置的交通仿真场景，标定了协同方法中各类参数，并利用遗传算法对基于MPC框架的协同控制模型进行优化求解。将本文所提出的协同控制与无控制、换道引导控制进行控制效果的对比分析，仿真结果表明：本文所提出的协同控制方法可以有效改善高速公路事故路段的交通流运行状况，抑制事故风险的传播。 |
| 作者： | 徐婷 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 宋现敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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