【導(dǎo)讀】實(shí)際工程應(yīng)用中顯示出巨大的威力和發(fā)展?jié)摿?。市交通干線、城市交通區(qū)域、城市快速公路。2)提出了一種全新的復(fù)雜單交叉1：3交通流信號(hào)燈智能控制技術(shù)。采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)優(yōu)化信號(hào)周期時(shí)間，使其跟隨交。通流飽和度變化；而綠信比則根據(jù)歷史和實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)在線調(diào)整。標(biāo)是在絕對(duì)保證行人安全通行的前提下。整個(gè)控制方案分為兩層，下行相位差，控制層確定每個(gè)周期內(nèi)各交叉口的綠信比。進(jìn)行計(jì)算，綠信比基于歷史和實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)確定。上行和下行的車(chē)輛一路綠燈，明顯降低車(chē)輛停車(chē)率和平均延誤時(shí)間。按照大系統(tǒng)分解一協(xié)調(diào)思想，位切換、信號(hào)周期和綠信比進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。目標(biāo)是保持區(qū)域內(nèi)各交叉?？谇暗慕煌〞惩ê蛙?chē)輛延誤最小。狀態(tài)和控制作用均可跟蹤的伺服系統(tǒng)。7)闡述了城市公交優(yōu)先信號(hào)控制系統(tǒng)。上的優(yōu)先通行權(quán)利。城區(qū)道路交通擁堵問(wèn)題。上，給出了杭州市實(shí)施ERP的具體方案。技術(shù)手段、收費(fèi)模式、計(jì)費(fèi)策略、管理措施和試驗(yàn)區(qū)域等。

　　

【正文】 19 奪 ALINEA需要嚴(yán)格的設(shè)計(jì)過(guò)程，而 METALINE相對(duì)來(lái)講比較簡(jiǎn)便。 奪對(duì)于入口匝道交通需求較大的快速公路， METALINE跟 ALINEA相比 沒(méi)有明顯的優(yōu) 點(diǎn)。 奪在發(fā)生偶發(fā)性交通擁擠時(shí)， METALINE比ALINEA效果要好，這要?dú)w 功于 METALINE擁有更詳細(xì)的檢測(cè)信息。 有些系統(tǒng)操作員對(duì)使用匝道控制比較猶豫，因?yàn)樗麄儞?dān)心快速公路交通擁 堵會(huì)傳播到城市道路路網(wǎng)中。事實(shí)上，匝道控制是用來(lái)避免或緩解快速公路上 的交通擁堵，對(duì)臨近的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)既有正面也有負(fù)面的影響。如果有效 的控制策略被用于快速公路匝道控制，那么快速公路的通行能力一般會(huì)得到提 高。更具體地說(shuō)，在高峰時(shí)刻來(lái)臨前，匝道控制會(huì)使車(chē)流在匝道入口處形成排 隊(duì)等候，從而阻止快速公路交通擁堵的發(fā)生，這 時(shí)會(huì)暫時(shí)把多余的交通流分流 到城市道路網(wǎng)絡(luò)，但是由于交通擁堵被避免或減緩，快速公路最后能提供更大 的通行能力，吸引更多的車(chē)輛進(jìn)入，從而緩解了城市路網(wǎng)的壓力。巴黎市城市 快速公路匝道控制的實(shí)際應(yīng)用效果證明了匝道控制對(duì)快速公路和城市路網(wǎng)的正 面影響。 3． 3非線性優(yōu)化匝道控制 通過(guò)避免或緩解交通擁堵可以動(dòng)態(tài)提高快速公路效率。當(dāng)太多的車(chē)輛進(jìn)入 沒(méi)有有效控制且容量有限的快速公路，交通擁堵就不可避免的形成了．一旦形 成交通擁堵，快速公路上擁堵區(qū)的輸出流量就減小，當(dāng)出口匝道和各快速公路 連接點(diǎn)出現(xiàn)擁堵，則可能會(huì) 影響到整條快速公路甚至相鄰路網(wǎng)的性能。反饋匝 道控制在一定程度上有助于解決上述問(wèn)題，但是首先必須確定合理的設(shè)定值， 其次它的控制作用范圍或多或少帶有局部性，因此需要一個(gè)上級(jí)協(xié)調(diào)層從戰(zhàn)略 角度實(shí)時(shí)計(jì)算優(yōu)化的設(shè)定值。這種優(yōu)化控制策略需要精確考慮： 奪快速公路和入口匝道的當(dāng)前交通狀態(tài)； 奪在未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)的交通需求預(yù)測(cè)； 奪入口匝道上有限的排隊(duì)容量； 奪匝道控制的約束； 浙江大學(xué)博士后出站報(bào)告 奪交通流非線性動(dòng)態(tài)特性，包括快速公路有限的容量； 奪快速公路上的任何事件。 根據(jù)這些復(fù)雜信息，控 制策略確定整條快速公路在未來(lái)某個(gè)時(shí)段內(nèi)的所有 設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)： 奪滿足當(dāng)前的所有約束； 奪實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，如最小化快速公路總的旅行時(shí)問(wèn)； 奪實(shí)現(xiàn)快速公路上各入口匝道所有車(chē)輛的公平性。 這種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題可以用合適的數(shù)學(xué)算法以適度的計(jì)算代價(jià)實(shí)現(xiàn)。 宏觀動(dòng)態(tài)模型可以用狀態(tài)空間的形式來(lái)描述非線性交通動(dòng)態(tài)： x(≈ +1)=f【 x(Jj})， r(_j})， d(_j})J， (122) 其中：狀態(tài)向量 x包括所有路段的交通密度和平均速度及所有的入口匝道排隊(duì) 長(zhǎng)度；控制向量 r包括所有被控匝道流量；干擾向量 d包括入口匝道交 通需求、 節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎率和出口匝道的分流率。交通流密度 P的演變可以通過(guò)車(chē)輛守恒方 程得到，平均速度 p獨(dú)立于交通流密度通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算得到，交通流量定義 為 q=P v。匝道控制的約束為式 (1 16)，而排隊(duì)長(zhǎng)度‘的約束為‘ (≈ )≤‘．一。整 個(gè)系統(tǒng)在未來(lái)時(shí)間 x內(nèi)的總旅行時(shí)間為： 正： r圭 l窆只 (七 )．△ I+蘭‘ (功 l。． o‘ 23’ I卸 L， d ， =l J 根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)信息確定初始狀態(tài)向量 x(0)和干擾預(yù)測(cè)值 d(0)，非線性交 通流模型 (122)，匝道控制約束 (1— 16)和排隊(duì)長(zhǎng)度約束‘ @)≤‘ — ，為了實(shí) 現(xiàn)最 小化總旅行時(shí)間，可通過(guò)優(yōu)化入口匝道流量 r(k)， k=o， ? ， K一 1實(shí)現(xiàn)。 雖然仿真研究證明這種先進(jìn)的控制策略可以節(jié)約旅行時(shí)間增加通行能力， 但是到目前為止還沒(méi)有被實(shí)際應(yīng)用證實(shí)。 3． 4集成快速公路交通控制 現(xiàn)代城市快速公路采用多種不同的控制策略，相應(yīng)的控制策略都是獨(dú)立設(shè) 計(jì)和使用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互間的協(xié)調(diào)。集成快速公路控制是對(duì)前述優(yōu)化控制方法 的合理改進(jìn)和整合后得到的。對(duì)快速公路交通流動(dòng)態(tài)模型 (122)進(jìn)行擴(kuò)展，使其 堡二蘭絲堡 型 能包括除了匝道流量 r(t)外更多的控制變 量。從表達(dá)形式上，式 022)中的 r(k) 被更一般化的控制輸入向量 u(k)替代， u(t)包含各種類(lèi)型的控制變量。這種方 法已被集成快速公路控制工具包 AMOC采用，這里匝道控制和路徑誘導(dǎo)同時(shí)作 為控制輸入。 3． 5快速公路路段控制 路段控制包括以下控制作用的一種或多種： ◆變速度控制； 奪可變情報(bào)信息板，如工程施工、擁堵警告、環(huán)境預(yù)告 (如大霧減速 ) 等： 奪車(chē)道控制； 奪交通事件或擁堵警告； 在德國(guó)、荷蘭、英聯(lián)邦很多快速公路都采用路段控制方法，這種控制方法 通常能使快速公路上的交通流比較均勻，能有效 降低交通擁堵形成的可能性， 增加快速公路的通行能力。到目前為止，幾乎沒(méi)有系統(tǒng)的研究來(lái)量化這種控制 策略的效果，也沒(méi)有相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型出現(xiàn)。所以很多路段控制策略都具有啟發(fā) 性特征，更多的控制策略都基于尚未驗(yàn)證的模型假設(shè)。 第四節(jié)集成城市路網(wǎng)快速公路交通控制 現(xiàn)代城市交通網(wǎng)絡(luò)包括城市區(qū)域道路和快速公路，采用多種控制手段，如 信號(hào)燈控制、匝道控制、可變情報(bào)板以及路徑誘導(dǎo)等。傳統(tǒng)上每一種控制策略 都是單獨(dú)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的，從而導(dǎo)致控制作用的沖突，不同的控制策略和控制作 用間缺乏協(xié)調(diào)。從用戶角度上看，包含各種道路類(lèi) 型的現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)對(duì) 象，不管控制策略的類(lèi)型和實(shí)施地點(diǎn)，都是為了提高路網(wǎng)效率。集成控制策略 就是同時(shí)考慮所有的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。盡管已經(jīng)有人做了初步的工作， 但是控制集成問(wèn)題還是十分困難，這是因?yàn)榉从辰煌肪W(wǎng)地理方位的維數(shù)太高。 “存儲(chǔ)一向前”建模被認(rèn)為是實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)和實(shí)施集成控制策略的唯一可行方法。 浙江大學(xué)博士后出站報(bào)告 第五節(jié)駕駛員信息與路徑誘導(dǎo)系統(tǒng) 城市道路、快速公路以及兩者混合的交通網(wǎng)絡(luò)包括大量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，每 個(gè)起點(diǎn)和終點(diǎn)間又有多條道路連接。安裝在路網(wǎng)分歧點(diǎn)的 固定指示牌顯示在沒(méi) 有發(fā)生交通擁堵情況下所需時(shí)間最少的方向。然而，在交通高峰期間，由于發(fā) 生交通擁堵，各道路上的行駛時(shí)間會(huì)不同程度的延長(zhǎng)，更換行駛路線變的很有 必要。駕駛員對(duì)經(jīng)常行駛的路網(wǎng)中的交通狀況比較熟悉，會(huì)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)優(yōu) 化自己的行 駛路線 ，因此會(huì) 導(dǎo)致典 型的“ 用戶一平 衡” (userequilibrium)交通狀 況 (Wardrop， 1952)。每日變化的交通需求、可變的環(huán)境狀況、額外的事件，都 會(huì)以不可預(yù)測(cè)的方式影響交通狀況，導(dǎo)致不能充分利用整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的容量， 有些道路發(fā)生嚴(yán)重的交通擁堵，而另外可 選道路卻容量過(guò)剩。路徑誘導(dǎo)和駕駛 員信息系統(tǒng) (RGDIS)可以通過(guò)提供直接或間接的道路變換建議來(lái)提高路網(wǎng)效 率。 RGDIS分為 Pretrip和 Enroute兩種。 Pretrip信息可通過(guò)英特網(wǎng)、電話、手 機(jī)、電視、廣播等傳送給道路使用者，幫助其進(jìn)行合理決策： 奪更改既定的出行計(jì)劃； 奪選擇交通方式 ，如私家車(chē)、公共汽車(chē) 、地鐵等； 奪選擇出行時(shí)間； 奪路徑選擇； 如果道路使用者決定采用私家車(chē)完成出行計(jì)劃，他根據(jù)En． route(如廣播、 路邊可變情報(bào)板、特殊的車(chē)載設(shè)備等 )提供的信息，在路網(wǎng)分歧點(diǎn)進(jìn)行合理的 路徑選擇。廣播和 VMS已經(jīng)被廣泛采用了 25以上，使用數(shù)量在不斷增長(zhǎng)，可 與控制中心進(jìn)行雙向通信的車(chē)載設(shè)備是最近幾年剛剛出現(xiàn)的。 絕大多數(shù)駕駛員看來(lái)更喜歡讓他們自己進(jìn)行決策，而不是順從由系統(tǒng)提供 的建議。這里必須強(qiáng)調(diào)，純粹的信息提供有很多較大的缺點(diǎn)： 奪對(duì)系統(tǒng)提供的路徑選擇信息進(jìn)行理解需要駕駛員很多路網(wǎng)知識(shí)，而這 些知識(shí)不是每個(gè)駕駛員都具備的。 奪雖然控制中心能夠處理路網(wǎng)交通狀況的所有信息，但是由于受 VMS及 其它設(shè)備的空間限制，只有很小的一部分傳達(dá)給道路用戶。在某些情 第一罩緒 論 玎 ———————————————————————————— C———————————————————————————— ’ ———————————— ’ ——— 一一 況下，只有分歧點(diǎn)的下游路段交通信息被提供給道路用戶。顯然，這 些信息對(duì)于在路網(wǎng)中長(zhǎng)途旅行的駕駛員來(lái)說(shuō)是不充分的，他們可能因 為信息不全的決策而導(dǎo)致受阻于交通擁堵路段。 ◆即使有可能提供詳細(xì)的信息，駕駛員無(wú)法在短短的幾秒鐘內(nèi)完成對(duì)道 路的選擇。 奪當(dāng)路徑選擇權(quán)給駕駛員后，操作員和控制策略不可能改變交通狀況。 另一方面，路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)禁止提供不利于駕駛 員順從的路徑信息，否則系 統(tǒng)的可信度會(huì)降低，最終對(duì)系統(tǒng)造成巨大危害。而且路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)必須采用一 種能優(yōu)化路網(wǎng)交通狀況的控制策略，譬如要避免駕駛員順從過(guò)渡而導(dǎo)致在被建 議選擇的路段上形成交通擁堵。 5． 1旅行時(shí)間顯示 駕駛員信息系統(tǒng)的一種特殊形式就是提供 VMS下游一定長(zhǎng)度路段內(nèi)的平 均旅行時(shí)間 (如圖 1． 7)，這種信息容易被駕駛員理解，既可以方便駕駛員路徑 選擇，也可降低駕駛員的心理壓力，尤其是在交通擁堵的狀態(tài)下。 圖 1． 7．法國(guó)巴黎 VMS應(yīng)用舉例 在快速公路某些地點(diǎn)安裝感應(yīng)線圈車(chē)輛檢測(cè)器， 即時(shí)的旅行時(shí)間計(jì)算是十 分簡(jiǎn)單的?？焖俟仿范伪环譃椤?，長(zhǎng)度的Ⅳ節(jié)，每一節(jié)內(nèi)裝有一個(gè)車(chē)輛檢測(cè)器， 檢測(cè)器既可以直接提供平均速度 M，也可以提供流量和占有率信息，各節(jié)的旅 行時(shí)間為 ff=△：／ K。 快速公路即時(shí)旅行時(shí)間是在旅行過(guò)程中主要的交通狀況不變假設(shè)下虛擬的 Ⅳ 車(chē)輛旅行時(shí)間?；谶@個(gè)假設(shè)，Ⅳ節(jié)快速公路即時(shí)總旅行時(shí)間為 f=∑弓。這個(gè) 百 公式十分實(shí)用，但也有缺點(diǎn)，如果快度公路上平均速度 v暫時(shí)降低，將產(chǎn)生不 浙江大學(xué)博士后出站報(bào)告 切實(shí)際的過(guò)大的總旅行時(shí)間。 M． Papageiou提出了改進(jìn)的基于實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù) 的總旅行時(shí)間計(jì)算公式。 顯然，如果快速公路上交通狀況變化迅速，基于當(dāng)前交通流信息的即時(shí)旅 行時(shí)間計(jì)算公式會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)估計(jì)誤差，尤其是在交通擁堵形成和消失期間。誤 差的大小在一定程度上與路段長(zhǎng)度有關(guān)，如果路段非常長(zhǎng)，誤差將達(dá)到無(wú)法容 忍的地步。這種情況下必須采用一種預(yù)測(cè)方案，最接近于實(shí)際旅行時(shí)間的預(yù)測(cè) 時(shí)間被采用，預(yù)測(cè)旅行時(shí)間的計(jì)算需要： 奪基于歷史信息； 奪通過(guò)合理的推斷方法； ◆采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通流模型； 5． 2路徑誘導(dǎo)策略 路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)可以看作如圖 11所示的交通 控制系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)信息 以及監(jiān)督人員的理解和推斷，決策系統(tǒng)向道路使用者提供路徑選擇建議或提供 相應(yīng)信息，反過(guò)來(lái)影響對(duì)路網(wǎng)中的交通狀態(tài)，這種影響可以用某種性能指標(biāo)表 現(xiàn)出來(lái)。由于實(shí)時(shí)性的要求，因此計(jì)算時(shí)間是非常嚴(yán)格的。 路徑誘導(dǎo)策略從不同的方面可以分類(lèi)如下： 奪友應(yīng)。 (Reactive)篡 i夠基于當(dāng)前的檢測(cè)數(shù)據(jù)，不使用實(shí)時(shí)交通流模型或 其他預(yù)測(cè)工具；搦測(cè) (Predictive)愛(ài)瑚盈過(guò)使用實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)模型充分預(yù) 測(cè)某個(gè)未來(lái)時(shí)間內(nèi)的交通狀態(tài)來(lái)提高建議的質(zhì)量。 奪變互茍(Interactive)糜璐運(yùn)行若干個(gè)實(shí)時(shí) 仿真模型，每一步都合理地 修改路徑誘導(dǎo)，確保盡可能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，這種控制策略采用 交通狀態(tài)預(yù)測(cè)：一所攔 (One． shot)嬲口通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì) 算 (Reactive)，也進(jìn)行交通狀態(tài)預(yù)測(cè)，一次性運(yùn)行仿真模型來(lái)提高建 議的可信度。 奪路徑誘導(dǎo)的交通狀態(tài)優(yōu)化可以定位在孬 9聲紡紀(jì) (System optimal)上， 也可以定位在歷尹劈紀(jì) (User optimal)上，前者的控制目標(biāo)是最小化 全局性能指標(biāo) (如總旅行時(shí)間 )，即使根據(jù)某些建議選擇的路徑的代價(jià) 第一章緒論 會(huì)比正常路 徑的代價(jià)要大。后者所提供的每個(gè)建議選擇的路徑所需代 價(jià)不能比正常路徑的代價(jià)要大，這種情況下全局優(yōu)化指標(biāo)不一定是最 佳的。更嚴(yán)格的定義是，用戶優(yōu)化意味著路網(wǎng)中任意兩點(diǎn)間的所有可 選路徑都是等價(jià)的。 1)一次性策略 大多數(shù)的一次性策略是一種反應(yīng)式類(lèi)型，尤其是在密集型路網(wǎng)中 (相對(duì)短 的路段、較多的分歧點(diǎn)，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間有較多數(shù)量的選擇路徑 )。反應(yīng)式策略 在建立基于當(dāng)前交通測(cè)量數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)化上是非常有效的，這是由于當(dāng)交通狀 態(tài)充分地變化這種路網(wǎng)下的反應(yīng)式路徑誘導(dǎo)建議可以在下游分歧點(diǎn)修改。 大多數(shù)反應(yīng)式策略是分散性的 ，也就是說(shuō)它們是在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處獨(dú)立計(jì)算 的。 Messmer和 Papageiou提出了簡(jiǎn)單的比例或比例積分反饋調(diào)節(jié)器。一種 比例調(diào)節(jié)器計(jì)算分流比見(jiàn)，的公式如下： 成 (_j})=彤一Ⅸ△％ (≈ )， (124) 其中：晟， (t)∈ [o， 11是在 k時(shí)刻到達(dá)分歧點(diǎn) 的交通流中通過(guò)路徑誘導(dǎo)的主流方 向達(dá)到分歧點(diǎn) _，的流量比例，彤是不存在路徑誘導(dǎo)時(shí)的比例， Ko是調(diào)節(jié)參 數(shù)，△％ (t)是節(jié)點(diǎn) 和 _，間主流路徑和其他可選路徑間的即時(shí)旅行時(shí)間差。．