本文關(guān)鍵詞： 高速公路 交通流特性 路網(wǎng)容量 可靠性 元胞自動(dòng)機(jī) 主線控制 匝道控制 路徑誘導(dǎo)　出處：《長(zhǎng)安大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高速公路作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是覆蓋度廣、機(jī)動(dòng)性靈活、服務(wù)質(zhì)量高的交通運(yùn)輸方式。在基本現(xiàn)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(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和結(jié)構(gòu)調(diào)整增進(jìn)提供先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性支撐。特別是隨著高速公路基礎(chǔ)設(shè)施由大規(guī)模建設(shè)階段向經(jīng)營(yíng)管理階段逐步轉(zhuǎn)移，以及高速公路路網(wǎng)管理和服務(wù)水平全面提升的大背景下，給高速公路交通建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和管理提出了更高的要求。因此，需要高速公路在現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，能夠更好地順應(yīng)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(lǐng)，進(jìn)一步提升公路交通行業(yè)創(chuàng)新能力，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、新型城鎮(zhèn)建設(shè)和生態(tài)文明建設(shè)對(duì)高速公路發(fā)展的新要求。綜上，在完善高速公路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，系統(tǒng)地研究高速公路網(wǎng)路網(wǎng)容量提升關(guān)鍵技術(shù)和方法，制定合理高效的路網(wǎng)容量提升方案，將有助于改善路網(wǎng)環(huán)境下的運(yùn)輸能力和效率，發(fā)揮其可達(dá)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(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。 本文以高速公路路網(wǎng)容量為研究對(duì)象，在既有高速公路理論研究的基礎(chǔ)上，重新詮釋高速公路交通功能，提出了以可達(dá)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(chǔ)上，結(jié)合高速公路網(wǎng)交通功能的內(nèi)涵和基本特征，，在分析高速公路交通功能影響因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了路網(wǎng)環(huán)境下高速公路路網(wǎng)容量提升的關(guān)鍵技術(shù)和方法。論文的主要工作包括以下幾方面： （1）首先對(duì)高速公路網(wǎng)交通流特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究車輛行駛在高速公路基本路段時(shí)的車道變換、車速離散性等微觀交通現(xiàn)象，在對(duì)稱雙車道元胞自動(dòng)機(jī)模型的基礎(chǔ)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(dòng)機(jī)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(duì)高速公路路段交通流特性的影響，并利用MATLAB軟件對(duì)不同條件下高速公路路段基本特性進(jìn)行仿真。分析結(jié)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(shí)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(shí)呈現(xiàn)出不同的交通擁擠等現(xiàn)象；提出的元胞自動(dòng)機(jī)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(gè)高速公路路網(wǎng)容量影響因素的基礎(chǔ)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(shù)學(xué)規(guī)劃模型，構(gòu)建了路網(wǎng)容量基本模型、路網(wǎng)容量極限模型和路網(wǎng)容量擴(kuò)張模型。針對(duì)三種路網(wǎng)容量模型，設(shè)計(jì)了基于多智能系統(tǒng)的蟻群算法求解路網(wǎng)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(wǎng)容量極限模型，基于相繼平均法的遺傳算法求解路網(wǎng)容量擴(kuò)張模型。最后以山東省高速公路為例對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。分析結(jié)果表明：通過路網(wǎng)容量基本模型可以計(jì)算出路網(wǎng)的實(shí)際高速網(wǎng)容量；極限模型可以進(jìn)一步挖掘路網(wǎng)容量的潛力，得到更為充分利用下的路網(wǎng)容量；擴(kuò)張模型通過確定路網(wǎng)中的瓶頸路段并進(jìn)行改造，進(jìn)一步的提升網(wǎng)容量。三種情形下的路網(wǎng)容量模型為最優(yōu)的路網(wǎng)規(guī)劃、路網(wǎng)改造和研究路網(wǎng)容量提供了有效的理論依據(jù)。 （3）以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，對(duì)高速公路交通網(wǎng)絡(luò)容量的可靠性進(jìn)行了分析。首先，構(gòu)建了高速公路網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了高速公路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性。其次，闡釋了網(wǎng)絡(luò)連通可靠性、時(shí)間可靠性和容量可靠性。針對(duì)容量可靠性，構(gòu)建了高速公路網(wǎng)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(jī)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(jié)合的求解方法對(duì)其進(jìn)行求解。最后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隨機(jī)和蓄意兩種攻擊方式，考察在兩種攻擊下網(wǎng)絡(luò)的抗毀性與魯棒性特性，并給出了實(shí)例分析。分析結(jié)果表明：服務(wù)水平越高，OD對(duì)的容量可靠性越大，當(dāng)服務(wù)水平不斷降低時(shí)，容量可靠性降低速度變快。路網(wǎng)容量可靠性模型能夠較好地體現(xiàn)不同路網(wǎng)容量要求下的路網(wǎng)容量可靠性，可為高速公路網(wǎng)規(guī)劃、后期運(yùn)營(yíng)管理及路網(wǎng)擴(kuò)容提供理論借鑒。 （4）在分析高速公路區(qū)域降級(jí)路網(wǎng)供需平衡的基礎(chǔ)上，基于高速公路區(qū)域降級(jí)路網(wǎng)交通流平衡理論，提出了路網(wǎng)環(huán)境下高速公路網(wǎng)容量提升控制技術(shù)。通過分析高速公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的脆弱性與魯棒性，建立瓶頸路段、重要節(jié)點(diǎn)（樞紐）影響范圍的路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（區(qū)域降級(jí)路網(wǎng)）。在此基礎(chǔ)上，提出了路網(wǎng)環(huán)境下高速公路主線控制方法和匝道控制方法。根據(jù)駕駛員對(duì)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(jī)后悔最小化模型，與隨機(jī)效用最大化模型進(jìn)行對(duì)比，分析出行路徑選擇結(jié)果的差異性。最后，以山東省高速公路為例對(duì)其容量提升控制技術(shù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。分析結(jié)果表明：對(duì)于出行者在不確定條件下對(duì)其所選擇的出行路判斷的不確定性，采取容錯(cuò)技術(shù)下的出行路徑誘導(dǎo)是有效的，在路網(wǎng)環(huán)境下采取路徑誘導(dǎo)、主線控制和匝道控制能夠使得高速公路網(wǎng)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(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U412.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1523923