本文關鍵詞： 高速公路 交通流特性 路網容量 可靠性 元胞自動機 主線控制 匝道控制 路徑誘導　出處：《長安大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：高速公路作為經濟社會發(fā)展的重要基礎設施之一，是覆蓋度廣、機動性靈活、服務質量高的交通運輸方式。在基本現代化新征程中，需要高速公路更好地發(fā)揮先行軍作用，為產業(yè)轉型和結構調整增進提供先導性、基礎性支撐。特別是隨著高速公路基礎設施由大規(guī)模建設階段向經營管理階段逐步轉移，以及高速公路路網管理和服務水平全面提升的大背景下，給高速公路交通建設、養(yǎng)護和管理提出了更高的要求。因此，需要高速公路在現代化建設進程中，能夠更好地順應人民群眾安全便捷舒適出行的新期待，以信息化智能化為引領，進一步提升公路交通行業(yè)創(chuàng)新能力，適應產業(yè)結構調整、新型城鎮(zhèn)建設和生態(tài)文明建設對高速公路發(fā)展的新要求。綜上，在完善高速公路網絡基礎設施網絡的同時，系統地研究高速公路網路網容量提升關鍵技術和方法，制定合理高效的路網容量提升方案，將有助于改善路網環(huán)境下的運輸能力和效率，發(fā)揮其可達性、安全性、高效性、銜接性和舒適性等五大交通功能，提升高速公路網系統運行效率和服務質量。 本文以高速公路路網容量為研究對象，在既有高速公路理論研究的基礎上，重新詮釋高速公路交通功能，提出了以可達性、安全性、高效性、銜接性和舒適性為五大功能特征的交通功能基本特征。在此基礎上，結合高速公路網交通功能的內涵和基本特征，，在分析高速公路交通功能影響因素的基礎上，重點研究了路網環(huán)境下高速公路路網容量提升的關鍵技術和方法。論文的主要工作包括以下幾方面： （1）首先對高速公路網交通流特性進行了詳細分析。研究車輛行駛在高速公路基本路段時的車道變換、車速離散性等微觀交通現象，在對稱雙車道元胞自動機模型的基礎上，提出了一種引入了車輛速度控制規(guī)則、車道寬度控制規(guī)則和彈性安全換道間距規(guī)則的高速公路基本路段交通流元胞自動機模型。該模型通過控制速度變量和車道寬度變量，分析了大車比例及所制定的車輛換道規(guī)則等條件對高速公路路段交通流特性的影響，并利用MATLAB軟件對不同條件下高速公路路段基本特性進行仿真。分析結果表明：所建模型能夠模擬車輛在高速公路基本路段區(qū)域的時空變化特征；高速公路基本路段的基本特性受車速離散性、車道寬度和車道變換三者共同的影響較大，同時呈現出不同的交通擁擠等現象；提出的元胞自動機模型將可改善道路的通行能力、提高道路資源的利用效率。 （2）在分析整個高速公路路網容量影響因素的基礎上，考慮高速公路交通出行特性，從不同的交通出行需求形態(tài)出發(fā)，基于雙層數學規(guī)劃模型，構建了路網容量基本模型、路網容量極限模型和路網容量擴張模型。針對三種路網容量模型，設計了基于多智能系統的蟻群算法求解路網容量基本模型，基于局部線性優(yōu)化的遺傳模擬退火算法求解路網容量極限模型，基于相繼平均法的遺傳算法求解路網容量擴張模型。最后以山東省高速公路為例對模型進行了實例驗證。分析結果表明：通過路網容量基本模型可以計算出路網的實際高速網容量；極限模型可以進一步挖掘路網容量的潛力，得到更為充分利用下的路網容量；擴張模型通過確定路網中的瓶頸路段并進行改造，進一步的提升網容量。三種情形下的路網容量模型為最優(yōu)的路網規(guī)劃、路網改造和研究路網容量提供了有效的理論依據。 （3）以復雜網絡理論為基礎，對高速公路交通網絡容量的可靠性進行了分析。首先，構建了高速公路網絡的拓撲結構，分析了高速公路網拓撲結構的統計特性。其次，闡釋了網絡連通可靠性、時間可靠性和容量可靠性。針對容量可靠性，構建了高速公路網容量可靠性雙層規(guī)劃模型，以滿足路段容量的約束條件作為雙層規(guī)劃模型中的上層規(guī)劃，以隨機用戶均衡模型作為雙層規(guī)劃模型中的下層規(guī)劃，采用靈敏度分析法和蒙特卡洛仿真模擬相結合的求解方法對其進行求解。最后，對網絡進行隨機和蓄意兩種攻擊方式，考察在兩種攻擊下網絡的抗毀性與魯棒性特性，并給出了實例分析。分析結果表明：服務水平越高，OD對的容量可靠性越大，當服務水平不斷降低時，容量可靠性降低速度變快。路網容量可靠性模型能夠較好地體現不同路網容量要求下的路網容量可靠性，可為高速公路網規(guī)劃、后期運營管理及路網擴容提供理論借鑒。 （4）在分析高速公路區(qū)域降級路網供需平衡的基礎上，基于高速公路區(qū)域降級路網交通流平衡理論，提出了路網環(huán)境下高速公路網容量提升控制技術。通過分析高速公路網結構的脆弱性與魯棒性，建立瓶頸路段、重要節(jié)點（樞紐）影響范圍的路網拓撲結構（區(qū)域降級路網）。在此基礎上，提出了路網環(huán)境下高速公路主線控制方法和匝道控制方法。根據駕駛員對出行路徑判斷的不確定性，引入后悔理論視角下的出行選擇行為，建立了出行路徑選擇的隨機后悔最小化模型，與隨機效用最大化模型進行對比，分析出行路徑選擇結果的差異性。最后，以山東省高速公路為例對其容量提升控制技術進行了仿真驗證。分析結果表明：對于出行者在不確定條件下對其所選擇的出行路判斷的不確定性，采取容錯技術下的出行路徑誘導是有效的，在路網環(huán)境下采取路徑誘導、主線控制和匝道控制能夠使得高速公路網容量提高。
[Abstract]:As one of the important infrastructures in the economic and social development , the expressway is a kind of transportation mode with wide coverage , flexible maneuverability and high quality of service . Based on the research of the highway network capacity , the paper reinterprets the traffic function of the expressway based on the research of the existing highway theory , and puts forward the basic characteristics of traffic function based on the characteristics of accessibility , safety , efficiency , cohesion and comfort . On the basis of the analysis of the influencing factors of highway traffic function , the key technology and method of highway network capacity improvement in highway network environment are studied . ( 1 ) Firstly , the traffic flow characteristics of high - speed highway network are analyzed in detail . ( 2 ) Based on the analysis of the influencing factors of highway network capacity of the whole highway , considering the traffic travel characteristics of the expressway , based on the two - layer mathematical programming model , the basic model of road network capacity , the capacity limit model of the road network and the capacity expansion model of the road network are constructed based on the two - layer mathematical programming model . ( 3 ) Based on complex network theory , the reliability of highway network capacity is analyzed . First , the topological structure of highway network is constructed , and the statistical characteristics of the topological structure of highway network are analyzed . ( 4 ) Based on the analysis of the supply and demand balance of the degraded road network in the highway area , based on the traffic flow equilibrium theory of the degraded road network in the highway area , the paper puts forward the road network topological structure ( regional degraded road network ) under the road network environment . Based on this , the paper puts forward the road network topological structure ( regional degraded road network ) with the influence range of the bottleneck section and the important node ( hub ) under the road network environment .

【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U412.1

【參考文獻】

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本文編號：1523923