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基于浮动车定位数据的城市快速路速度预测与主动匝道控制
| 论文题名： | 基于浮动车定位数据的城市快速路速度预测与主动匝道控制 |
| 关键词： | 城市快速路;浮动车定位数据;行程速度预测;主动匝道控制;交通管理 |
| 摘要： | 城市快速路是服务跨区域通行需求、缓解区域交通压力、提升整体路网通行能力的道路。然而，因经济快速发展，职住分离严重，跨区域出行需求不断提升，城市快速路通行压力骤增。尤其是在高峰时期匝道交织区瓶颈路段常发严重拥堵现象，道路通行能力下降、行程速度降低，快速路变成了“慢速路”。如何缓解已建城市快速路交通拥堵成为很多城市迫在眉睫的难题。 近年来，浮动车技术借助新一代信息通信产业迅速发展，浮动车能够高精度实时回传车辆位置和状态数据，以低成本、高效率、覆盖面广的优势成为智能交通管控的重要数据来源。同时，很多已建快速路主线和匝道上缺失交通检测设备无法采集交通参数,现有的匝道控制方法难以实施，浮动车定位数据的处理分析为缓解城市快速路拥堵提供了新的解决方案。 本文以实践应用为目标，基于交通大脑汇聚的大量浮动车实时定位数据构建基于行程速度的城市快速路主动匝道控制系统，主要研究内容如下: （1）面对海量原始浮动车定位数据，建立城市快速路浮动车定位数据处理模型。本论文首先建立了浮动车定位数据预处理机制，包括数据清洗、异常值检测、道路匹配;利用聚类算法对城市快速路车辆位置进行判断，实现了高架桥快速路行驶车辆数据与地面行驶车辆数据的快速、精准、高效提取。 （2）为了实现行程速度准确预测，提出基于TSA-GRU的城市快速路行程速度预测模型。通过对行程速度的时间和空间相关性分析，提取行程速度预测的相关特征;考虑了时间和空间注意力机制，提出改进后的城市快速路行程速度预测模型，充分挖掘行程速度预测特征之间时间和空间上的依赖性，提高了行程速度预测准确性。 （3）针对城市快速路交通拥堵问题，建立基于行程速度的主动匝道控制系统。该系统集成浮动车行程速度数据，依据行程速度预测模型，判断主动匝道控制启发条件以及识别异常拥堵事件，采用了深度强化学习主动匝道控制方法，能够在拥堵发生前采取控制策略，平衡了快速路主线交通运行状况和匝道排队长度。 本论文通过仿真实验证明，使用浮动定位数据获取的行程速度数据可以实现对城市快速路入口匝道的主动匝道控制。与无控制情况相比，车流量增加123辆/时、平均占有率下降11.27％、平均行程速度提升9.62％、总行程时间下降13.71％、路网总延误下降了 35.01％,同时相比于传统匝道控制方法匝道平均排队长度下降了 15.72％。验证后的主动匝道控制系统试点应用于济南市二环南快速路，实践数据表明系统可以有效缓解入口匝道瓶颈路段交通拥堵，改善城市快速路交通运行状态。 |
| 作者： | 陈俊韬 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 邹难 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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