考慮繞城高速公路入口匝道路網(wǎng)配流模型*

王澤宇

蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅　蘭州　730070

?

考慮繞城高速公路入口匝道路網(wǎng)配流模型*

王澤宇

蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅蘭州730070

摘要：基于匝道控制模型和交通配流分析模型，分析了繞城高速公路入口匝道交通擁擠以及排隊(duì)回溢現(xiàn)象。針對(duì)該問(wèn)題建立DUO最小目標(biāo)的包含繞城高速公路入口匝道路網(wǎng)配流線性模型，緩解擁堵路段交通壓力并提高非高峰期該路段的利用率，能夠較為明顯的提高路網(wǎng)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：匝道控制；交通路網(wǎng)配流；最優(yōu)控制

一、引言

城市規(guī)模擴(kuò)大以及城市機(jī)動(dòng)車占有率給許多城市帶來(lái)了進(jìn)一步的城市外圍交通擁堵，導(dǎo)致許多城市早年建設(shè)的繞城高速公路不斷地成為了城市內(nèi)部交通路網(wǎng)，繞城高速公路入口交通擁堵日趨嚴(yán)重。為了確保繞城高速公路以及其周邊的交通路網(wǎng)高效，有序的運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行合理的交通流控制是必然手段。多年以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種高速公路網(wǎng)交通流控制模型。

現(xiàn)階段用來(lái)防止、解決交通擁堵的方法大體分為：(1)TMP交通規(guī)劃管理，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)提高道路的交通容量，同時(shí)控制部分路段的交通容量，改變部分路段的單、雙向通行，降低瓶頸路段，交叉口的交通量；(2)TDM交通需求管理，控制交通需求的產(chǎn)生，減少出行，建設(shè)公共交通設(shè)施提高道路交通能力的利用，建設(shè)新的交通吸引區(qū)域改善原有交通需求量；(3)TMT交通管制管理，通過(guò)公交車專用線路，私家車單雙號(hào)限行，交叉口信號(hào)燈配時(shí)，交通誘導(dǎo)信息等管理措施控制和改變交通流構(gòu)成、狀態(tài)、交通流分布等。對(duì)于有些特殊交通狀態(tài)，還可以通過(guò)兩種或者三種方法的組合進(jìn)行交通控制。

匝道控制手段是通過(guò)控制入口匝道交通流量，以維持高速公路主線的交通流高效穩(wěn)定運(yùn)行，但是隨著入口匝道交通流的不斷增大，會(huì)產(chǎn)生排隊(duì)回溢現(xiàn)象，對(duì)周邊路網(wǎng)造成新的交通擁堵。單一考慮繞城高速公路本身的運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)不能夠解決現(xiàn)實(shí)交通問(wèn)題。本文從交通需求以及交通技術(shù)手段出發(fā)，以匝道控制為目標(biāo)，根據(jù)傳統(tǒng)匝道控制模型，并結(jié)合交通流分配模型提出繞城高速公路多入口匝道配流模型。

二、交通控制模型以及優(yōu)化

(一)模型基本描述

對(duì)于有匝道的路網(wǎng)，其中匝道的調(diào)節(jié)率可以描述為該匝道的流出率，也就是從城市路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)流入繞城高速公路入口節(jié)點(diǎn)的流量，所以匝道調(diào)節(jié)率的確定也就是網(wǎng)絡(luò)上該段弧上分配的交通流量。路網(wǎng)上的每一個(gè)出行者都以出行消耗最低為目的，這一消耗包含著出行的時(shí)間、燃油消耗、費(fèi)用、總里程?？梢圆捎脛?dòng)態(tài)用戶最低Dynamic User Optimum，DUO作為出行者的行為前提。

(二)目標(biāo)函數(shù)確定

對(duì)于一個(gè)不包含匝道的路段a，則該路段出口流量將不受限制：

若存在入口匝道，不論選擇何種匝道流出控制函數(shù)，這一個(gè)OP問(wèn)題中任意路徑上的DUO都不一定相等，因此這一情況需要添加與路段a下游有關(guān)的一個(gè)非負(fù)可微約束：

基于冷凍水的數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)在以下條件下可以達(dá)到能效峰值：（1）采用變速設(shè)備；（2）根據(jù)制冷系統(tǒng)所服務(wù)的數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷對(duì)所有子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。當(dāng)變速冷凍主機(jī)、泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與采用EC風(fēng)機(jī)（電子控制自動(dòng)啟/停切換風(fēng)機(jī)）技術(shù)的冷凍水制冷CRAC機(jī)組的運(yùn)行相互協(xié)同時(shí)，冷卻系統(tǒng)的效率將大大提高。目前的數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)是基于以下子系統(tǒng)運(yùn)行的，每個(gè)子系統(tǒng)具有自己獨(dú)立的PID（比例微積分）反饋回路。

再依據(jù)DUO條件，可以得到該控制模型的目標(biāo)函數(shù)

dt

(三)約束條件

(3)起訖節(jié)點(diǎn)流量守恒

drs(t) —t時(shí)刻車輛的需求量pcu/h。

(4)中間節(jié)點(diǎn)流量守恒

(5)車輛先到先出約束

(6)非負(fù)約束

三、實(shí)例計(jì)算分析

本文計(jì)算實(shí)例以西安市繞城高速公路為例。西安繞城公路從建成通車至今，已經(jīng)經(jīng)歷了許多年，隨著城市不斷擴(kuò)張，西安繞城高速公路有一部分路段已經(jīng)融入了城市道路，曲江立交段每天上下班高峰期都會(huì)有周期性的不同程度的交通擁堵，以及長(zhǎng)安立交由于靠近大小雁塔、會(huì)展

中心等交通吸引區(qū)域，每逢節(jié)假日，都會(huì)形成較為嚴(yán)重的交通擁堵。造成這一情況的原因有多種，上下繞城高速的收費(fèi)站設(shè)置不合理，繞城高速公路出口不足，以及交通誘導(dǎo)信息的不暢通。因此造成了上班高分期時(shí)交通擁堵的形成。

通過(guò)計(jì)算可以看出，曲江立交上行方向四個(gè)方向以及相關(guān)聯(lián)的4個(gè)路段早8點(diǎn)以后開(kāi)始的高峰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平時(shí)的交通狀態(tài)，但是此時(shí)南三環(huán)路以及曲江池南路等平行路段交通能力尚未飽和，此時(shí)造成了曲江路與曲江立交，曲江路與曲江池北路嚴(yán)重的交通壓力。

依據(jù)當(dāng)前得到的數(shù)據(jù)情況，對(duì)這幾個(gè)方向路段進(jìn)行OD反推得到上一狀態(tài)時(shí)的交通需求，并根據(jù)本文模型進(jìn)行交通流的再分配，得到圖2的交通流狀態(tài)，由圖2可以看出，曲江立交以及周邊的交通擁擠得到了一定程度的緩解，并且在后續(xù)的幾個(gè)小時(shí)提高了其它路段的道路使用率。

四、結(jié)論

本文通過(guò)數(shù)據(jù)證實(shí)西安繞城高速公路周邊路網(wǎng)存在著部分路段交通流分配不合理情況，這樣的情況主要是交通誘導(dǎo)信息的不暢通，以及通往中心城區(qū)的與主線垂直方向道路能力不足，需要再新建平行或者拓寬原有道路來(lái)提高交通能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]M.Papageorgiou.A New Approach to Time-of-Day Control Based on A Dynamic Freeway Traffic Model.Transportation Res.Rec，1980，14B：349-360.

[2]M.Papageorgiou，H.Hadj-Salemand，J.M.Blosseville.ALINEA：A Local Feedback Control Law for On-ramp Metering.Transportation Res.Rec，1991，1320：58-64.

[3]譚滿春，徐建閩，毛宗源.高速公路交通流的建模與入口匝道最優(yōu)控制[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2000，13(4)：83-85.

[4]常云濤.高速公路動(dòng)態(tài)OD矩陣估計(jì)及匝道與路由協(xié)調(diào)控制研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2004.

[5]譚滿春.面向ITS的高速公路網(wǎng)交通分配與入口匝道控制方法研究[D].華南理工大學(xué)，2000.

中圖分類號(hào)：U491.52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0049-(2016)02-0015-02

*基金項(xiàng)目：國(guó)際自然基金(批準(zhǔn)號(hào)：51468035)。