雨天环境下高速公路可变限速协同控制方法研究

降雨对高速公路交通安全和通行效率具有明显的负面影响。运用可变限速控制技术，对不同降雨强度下各路段限速值进行动态调整，可降低高速公路车速离散程度并提高交通流均衡性，从而减小降雨带来的不利影响。本项目遵循“现象观测-理论研究-实验验证”的基本思路，研究并建立了雨天环境下高速公路可变限速控制方法和模型。主要研究工作和成果如下：（1）利用雨量计和视频交通流检测器，对雨天环境下实际高速公路交通流数据和降雨强度进行了观测，建立了考虑降雨强度影响的高速公路交通流模型；（2）运用交通冲突理论，分析了高速公路短时间内（如5分钟）交通冲突数与动态交通流参数之间的关系，建立了高速公路实时交通安全状态评价方法和模型；（3）在现有METANET和元胞传输模型基础上，提出了适用于雨天可变限速条件下的高速公路动态交通流模型，在综合考虑交通安全和通行效率基础上，建立了雨天高速公路可变限速控制方法和模型；（4）利用VISSIM微观交通仿真软件的COM接口，编程实现了雨天高速公路可变限速控制系统，并对雨天可变限速控制方法和模型进行了测试和验证。项目研究成果包括研究报告、论文、仿真软件、专利等。已发表学术论文13篇（其中期刊论文12篇，会议论文1篇），被EI检索3篇；申报专利6项，其中4项已获得专利授权。依托本项目培养研究生4名。 通过本项目研究，建立了较为完整的雨天高速公路可变限速控制方法和模型，为不利天气条件下高速公路交通管理与控制提供了理论和技术依据，对改善不利天气下高速公路交通安全和通行效率具有指导意义。 2100433B

降雨对高速公路安全运行具有明显的负面影响。可变限速控制可降低高速公路车速离散程度并调节交通流时空分布，从而提高交通安全性和运行效率。现有研究尚未充分揭示可变限速控制对雨天高速公路交通流的影响程度及规律，针对雨天环境的高速公路可变限速控制方法亟待发展。本项目综合运用交通工程、自动控制、系统工程等学科的相关理论和方法，遵循现象观测-数据分析-理论研究-实验验证的基本思路，在广泛收集实际高速公路交通和气象数据基础上，分析不同降雨强度下高速公路交通流变化特征，建立雨天环境下高速公路微观和宏观交通流模型；围绕交通安全和交通效率两个方面，解析可变限速控制对雨天高速公路交通状态的影响程度及规律；在考虑不同限速路段之间交互影响关系基础上，运用多目标优化方法，建立雨天环境下高速公路多路段可变限速协同控制模型，并通过实验对模型进行验证。研究成果可以为保障雨天环境下高速公路安全、高效运行提供理论依据。

限速的目的就是使驾驶员的驾驶行为变得更加一致，从而实现改善交通安全、缓解交通拥挤、减少污染和降低能耗等控制目的。我国高速公路和城市快速道路运行的主要问题是拥挤和事故，因此以改善行车安全、缓解交通拥挤为控制目标对可变限速控制进行研究。

国内外多以85% 位车速作为限速值，然而85% 位车速改善行车安全的作用取决于车速分布的离散程度，即车速离散性越小，作用越明显。由于挤时车速分布的离散性往往很大，因此85%位车速并不起什么作用，这就需要深入分析拥挤产生的原因，从而提出合理的可变限速控制策略。拥挤可以分为两类，即需求增加引起的拥挤和通行能力下降引起的拥挤(如道路几何条件制约、事故等引起的供给不足) 。