快速道路常發性擁堵瓶頸路段限速設計與最佳化

《快速道路常發性擁堵瓶頸路段限速設計與最佳化》是依託東南大學，由李志斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：快速道路常發性擁堵瓶頸路段限速設計與最佳化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李志斌
• 依託單位：東南大學

中文摘要

本項目旨在針對城市快速道路常發性擁堵瓶頸路段的限速最佳化設計問題進行研究。針對快速道路交通流運行規律，分析不同限速值下交通流參數特徵，研究瓶頸位置交通流失效現象機率與預測模型，分析限速設計對瓶頸路段通行效率改善機理；建立瓶頸路段車輛排隊及運動波傳播中風險預測模型，分析限速設計對減少瓶頸路段交通衝突機理。針對兩類目標提出快速道路常發性擁堵路段設施的限速設計方案及最佳化模型，建立適合本項目目標的交通流仿真計算模型以準確模擬瓶頸路段交通特性，並仿真分析不同限速最佳化設計方案對於改善交通運行的效果。本項目有助於理解限速對於快速道路常發性擁堵瓶頸路段交通運行的影響機理，為該道路設施的限速設計與最佳化策略的制定提供理論依據，對於緩解快速道路上嚴峻的交通問題、改善我國快速道路交通管理水平具有重要意義。

結題摘要

傳統快速道路固定限速值無法在變化的道路交通環境下為駕駛員提供安全合理的限速值。本項目基於實時數據對交通流狀態進行判別，提出相應策略對時空限速值進行最佳化，從而對交通流運行主動干預，實現改善通行效率及提升行車安全的目的。研究可加深理解限速最佳化對交通流影響機理、構建限速最佳化策略改善快速道路交通安全與通行效率，具有一定科學意義。採用歐洲、美國和我國相關數據，從機理、技術、效果、實例四方面出發，對其中關鍵問題進行研究。 首先，根據快速道路不同限速下真實交通流數據，分析限速值對車頭時距、速度分布及駕駛員遵從度等微觀交通流影響機理，分析限速值對於巨觀交通流參數以及交通流基本圖的影響機理。提出限速對瓶頸路段通行效率和事故風險影響機理。針對交通流仿真計算中關鍵問題，建立元胞傳輸模型並對其進行改進與二次開發，對快速道路瓶頸路段通行能力下降現象、擁堵交通流時走時停現象等仿真實現，提出可變限速控制下改進元胞傳輸模型的參數標定與驗證方法。 之後，提出旨在降低擁堵交通流過程中事故風險的限速最佳化控制策略，建立基於遺傳算法的單目標限速策略最佳化方法，進化過程中尋求最佳化問題系統最優解。重點針對常發擁堵孤立瓶頸路段以及連續瓶頸路段兩類道路設施，分別建立實時交通事故風險預測模型，提出可變限速控制策略，採用遺傳算法對限速控制效果進行最佳化，研究結果顯示可降低追尾事故風險20%-30%，效果顯著。 提出面向快速道路通行效率改善的可變限速最佳化控制方法，建立基於強化學習的單目標限速最佳化算法，對智慧型體進行大量訓練使其掌握不同交通流狀態下最優策略；分析基於強化學習的可變限速最佳化控制效果。結果顯示，強化學習限速控制能有效降低總出行時間21%-49%，且比反饋最佳化效果更好。將多目標最佳化理論與多目標限速設計相結合，提出旨在同時改善安全與效率的限速策略，採用多目標遺傳算法求解帕累托解集和帕累托前沿分布特徵，為最優策略選擇提供決策支持。