城市超长隧道合流区联合控制优化方法

摘要

针对城市超长隧道合流区的交通拥堵问题，研究了融合主线可变限速与匝道信号控制的联合优化控制方法。根据合流瓶颈区及其下游的不同交通状态组合，生成了四级控制策略。通过综合考虑匝道汇入、路段间速度差异和驾驶人服从度，对传统元网络（meta network,METANET）模型进行了改进；同时，通过新增匝道排队容量控制机制，对经典ALINEA算法进行了扩展，实现了可变限速与匝道信号的联合控制。在此基础上，结合模型预测控制方法，对不同交通状态下的限速值和匝道信号配时进行了优化。依托VISSIM仿真平台，构建武汉两湖隧道场景，并利用COM接口与Python二次开发，实现仿真路段交通参数的实时获取与控制。实验对比多种管控策略，包括动态可变限速、匝道信号控制与联合控制。仿真结果表明，(1)提出的联合管控策略相比无管控策略，减少瓶颈区车辆行程时间17.7%，降低车均延误时间62.96%；(2)与单一控制策略相比，联合管控可显著提高平均车速和交通流稳定性，特别是在高流量拥堵情况下效果更为显著；(3)在联合控制策略下，路段最低平均车速提升20.38%，瓶颈区及下游缓行时间减少22.2%，低速区域的空间范围和持续时间均明显缩短，且车速波动幅度大幅减小。面对多种复杂交通流，联合控制策略展现出良好的动态自适应能力，能够根据流量结构自动调整主线与匝道的控制强度，实现对瓶颈区交通负荷的合理分配。

关键词

交通控制 / 可变限速 / 联合管控 / 城市隧道

基金资助

国家自然科学基金项目（52472366）; 国家重点研发计划项目（2023YFB4302600）; 湖北省重点研发计划项目（2024BAB051）资助