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浅议高速公路可变限速控制技术研究现状

已有 3937 次阅读 2016-3-25 11:56 |个人分类:交通系统工程|系统分类:观点评述|关键词:学者| 技术, style, center, 高速公路, 关键词

浅议高速公路可变限速控制技术研究现状


【摘要】本文首先阐述了高速公路可变控制技术的概念以及控制方法,然后分析国内外可变限速研究现状,找出该技术目前面临技术难题,并就可变限速的发展方向进一步探讨,以实现高速公路控制效能的提高。

【关键词】高速公路,可变限速,控制技术,现状

1前言

可变限速控制是高速公路限速管理的发展趋势,其原理是根据采集的交通流状态参数、路况、以及天气条件等数据,经过相关算法控制,确定该条件下的最佳限速值,随后此限速值通过可变限速标志等显示屏发布,从而可对交通流进行限速控制。为了更好实现可变限速控制,需要构建以下五个模块:交通信息采集设备;气象信息监测设备交通信息控制中心;可变限速标志;交通流状态监控中心。在上述系统的基础上,一般可变限速值的确定方法有两种,一是静态限速值法,一是动态限速值法。从实际运行情况看,动态限速值法能更好的服务于高速公路限速控制初衷。目前我国各高校、科研机构开展了大量研究,本文梳理国内外研究现状以发现高速公路可变限速控制技术的核心点和确定发展方向。

2高速公路可变限速研究动态

2.1国内研究状况

我国高速公路可变限速控制技术的研究较西方落后,主要是从控制策略、控制器、智能控制等方面进行研究,提出了相应的控制模型,设计了可变限速控制器,使得高速公路可变速控制在我国实际道路运行得到了应用。

深入挖掘限速控制的理论依据,以交通流理论为基础,探讨道路上不同交通流量、不同能见度、不同路面附着系数、不同道路线形等条件下的速度计算关系和修正系数,为限速控制的实际应用提供了理论依据。结合我国高速路和城市快速路的特点,提出可变限速控制策略,通过对交通拥挤机理的分析,建立VSL控制模型和算法。高速公路在不同条件下不宜采用单一限速值的思路,根据气候、路况及车流量等条件自动进行可变限速的装置,并通过建立限速数学模型,建立了限速专家系统。

根据高速公路可变限速控制的非线性时变系统,用智能人工算法建立交通流速度限制模型,对高速公路主线速度控制进行研究。将智能控制方法应用于高速公路的限速控制研究,使得控制器的设计过程不再依赖被控对象的数学模型。杨兆升基于强化学习与有限阶段马尔可夫决策的可变限速控制模型,通过与交通环境的交互学习进行模型的动态调整。采用有限阶段向后递归迭代的算法对模型进行求解,运用Paramics仿真软件对长吉高速公路全程进行仿真。基于高速公路瓶颈区域通行能力下降与通行效率之间的关联度,刘攀提出阻止瓶颈区通行能力下降的可变限速控制策略。

2.2国外研究状况

可变限速的研究主要针对高速公路,可变限速模型建立时考虑的主要因素包括:道路的线形、道路的坡度、当前的路面情况、交通流状态、气象条件等。根据当前道路的特点结合可变限速模型确定道路的最佳限速值,通过对高速公路主线进行速度控制,从而达到预期目的。可变限速控制的核心内容是根据动态的因素确定动态的限速值。在现实中,由于数据采集的局限性以及影响各个道路可变限速的主要因素的差异性,决定了可变限速计算模型建立时应考虑影响可变限速的关键因素,而不是所有因素,下面对国外可变限速理论研究情况进行概况。

鉴于气候变化和对燃料的需求不断增加,Ghosal等以速度-油耗可变限速控制模型FC-VSL,并以车辆平均燃油消耗最低为目标函数对可变限速值进行求解。基于微观交通仿真模型,R. Jiang A. B. LuckyE. Chung说明可变限速对速度密度函数、行程、油耗、排放等指标的影响。针对美国华盛顿特区环城公路施工区的可变限速控制系统,Fudala运用VISSIM仿真软件分析了驾驶员遵从率(20%50%);可变限速值更新周期(5分钟、10分钟、20分钟)、可变限速控制逻辑等对控制效果的影响。

Chris等提出了基于车速分布、车辆换道次数等参数的交通事故风险实时分析模型,建立了可变限速控制对交通安全影响的评价模型,仿真验证表明,可变限速值的变化周期以5-10分钟为宜,可变限速控制可使交通事故风险降低5%-17%Park在佛罗里达州选择了104个低事故率且交通流分布均匀的调查地点,收集限速值影响因素数据包括道路线形、交通流特性以及周围境信息,建立限速值与影响因素的关系模型,能够比将85%位车速作为限速值的方法更有效并实现消除了驾驶员调整车速时人为主观因素影响。在Park研究基础上Agent研究认为对不同车型应进行分车型限速。Paker则提出驾驶员不参照85%限速值,而是按照交通情况确定行驶速度。

Smulders以交通流密度作为依据,实施可变限速控制策略的方法。到1994年,SmuldersVanden—起,在荷兰高速公路实施可变限速控制以来的交通情况,做了系统的阐述,指出可变限速控制在平顺交通流,减少交通事故方面有显著的作用。

总体来说,对于高速公路限速控制研究,国外的研究多通过对现场实测数据的分析,注重效率与安全的平衡,对限制值的影响因素进行系统研究,主要包括:85%位车速、设计速度、道路线形与交通流特性、交通事故数据等,在此基础上给出合理的限速值,最后通过仿真手段或者实际应用的手段验证限速控制效果。国内的研究多以基于设计速度、运行速度及停车视距模型,研究不同线形条件的限速值不同交通流量条件下的限速值以及不同天气下的限速值,对限速控制效果评价方面的研究较少。

3高速公路可变限速控制技术发展方向

高速公路可变车速控制方法,无论是在科学研究还是技术上都取得了实质性成就,而就目前国内外高速公路可变车速控制技术现状来看,其发展趋势主要朝着以下几个方向发展:

1)控制模型、算法智能化:高速公路可变限速是非线性系统,由于交通流的复杂性,建立实用性较强、控制效果较好的高速公路可变限速控制模型及算法需要下一步着重解决。对于其高速公路运行状况的运行模型,将智能控制方法应用于可变限速控制研究,使得控制器的设计过程不再依赖被控对象的数学模型。

2)研究环境系统化:高速公路可变速控制系统涉及道路、交通、事故及环境等各种影响因素,将高速公路可变车速作为一个系统进行考虑,对于模拟真实的道路环境,具有重大意义。

3)仿真软件二次开发:高速公路可变速控制技术的实施,需要配合连续化、智能化的可变速度标志,其实施下来耗费大量的人力、物力,而限速一旦设定对驾驶员行车行为的影响存在潜在危险和不确定,故而需要通过先验性的交通仿真软件对其进行仿真,以提高高速公路的可变车速控制技术的有效性。实例评价中由于仿真软件功能受限未能完全将动态限速策略反应到仿真环境中,下一步应对现有的仿真软件进行针对性二次开发,实现动态限速控制的仿真。

4小结

纵观国内外研究及应用现状,可变限速控制技术在高速公路控制领域应用越来越广泛,其重要性也普遍受到人们的重视。随着机动车辆的保有量持续增加,人们出行密度也在增加,高速公路负荷也是与日俱增,交通安全问题成为了高速公路管理重点,尤其是在高速路交通事件下的交通管理更是交通管理部门的敏感神经。因此,基于现有研究成果及应用系统,开发新的可变车速控制技术以及相应的系统适应高密度、高负荷、高车速等性能控制技术成为一种必然趋势。

参考文献

1余凯.不利条件下高速公路动态限速方法研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.

2秦丽辉,徐亮,蒋天恩.高速公路车速限制实施方法研究[J].长春工程学院学报(自然科学版),2009101):25-28.

3 黄仁等.高速公路雾天通行保障与导航系统研究[J].中国科技论文在线,2009101-6.

4王菲.高速公路交通事故紧急救援时间模型及救援站点布局研究[J].重庆:重庆交通大学,2008.




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