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原文传递快速路交通瓶颈拥堵形成机理及车路协同疏散方法

论文题名：	快速路交通瓶颈拥堵形成机理及车路协同疏散方法
关键词：	城市快速路;交通拥堵;车路协同分配;通行效率
摘要：	快速路作为城市交通系统中的主干疏散通道，在城市交通系统的运行中起着承载交通主要流量、畅通路网交通运行效率的重要作用。城市快速路交通运行呈现因单一瓶颈点而导致全线乃至全局路网交通不畅的状况，探讨瓶颈区域的交通运行规律并提出缓解拥堵的方法策略迫在眉睫。研究城市快速路交通流拥堵形成、消散的演化规律，从时间、空间两个维度探究其拥堵形成机理，并提出快速路拥堵缓解的车路协同分配方案，以提高城市路网的通行效率。此外，依赖传统交通管理和控制的技术和方法，已不足以有效缓解当下庞大的道路交通需求与有限的服务资源之间的矛盾。随着路侧全域感知、C-V2X、边缘控制等技术的不断发展，车路协同系统可以拥有更精准、高效的感知与计算能力，实现从宏观方面对换道车辆进行动态调控。　　首先，全面介绍了城市快速路构型及交通流基本特征，在传统的基本图理论及三相交通流理论的基础上，调查采集快速路瓶颈路段的基本参数，从交通流参数变化特性及车流运行特性两个方面，深入挖掘快速路瓶颈路段的交通特性和运行状况，为快速路瓶颈路段车流管控、道路参数优化提供理论依据。　　其次，选取快速路交织区这一交通流频变区域，研究交通运行状态、变化过程及其演化规律，确定交通状态判别标准。运用交通仿真平台Vissim软件进行模拟分析，仿真结果表明:交通流在自由流与拥堵流两种状态之间相互转化时，存在明显的突变现象。应用谱聚类分析算法精确提取交通状态突变的边界，结合尖点突变理论，研究分析不同时间、不同位置的交通流状态，可以完整展示交通流状态的演化特性。研究成果为制定快速路交通流管控措施、交通拥堵消散策略提供理论依据。　　然后，利用元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)挖掘快速路瓶颈路段复杂的交通流拥堵形成机理。由于传统CTM模型自身的局限性，故考虑元胞长度可变和三相交通流理论两个因素进行改进基本CTM模型，通过仿真实验表明改进的VCTM_LT模型的误差在2.36％左右，满足城市快速路交通流传播规律的要求。基于VCTM_LT模型的特点和对拥堵形成机理描述的需要，选取了交通延误、拥堵排队长度和拥堵持续时间等指标来表征快速路交通拥堵形成过程中的机理特征。并在金水快速路实际交通流数据的基础上，实现了对快速路交通瓶颈拥堵形成机理的研究。　　最后，分析快速路瓶颈路段车路协同运行特征，建立了交通瓶颈路段车流动态分配模型，采用了 C-V2X、边缘计算等技术，设计了基于车路协同的车流动态分配系统，研究其运行机制。运用改进的VCTM_LT模型仿真分析了车流分配系统，仿真结果表明动态分配系统优化效果明显，在同步流状态下通行时间减少11.4％左右，拥堵流状态下通行时间减少可达到39.7％。研究结果对减少快速路交织瓶颈区域的运行延误，提高车流运行效率和快速路通行能力具有重要意义。
作者：	刘浩敏
专业：	交通运输
导师：	曲大义;马晓龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023