考慮繞城高速公路入口匝道路網配流模型*

王澤宇

蘭州交通大學交通運輸學院，甘肅　蘭州　730070

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考慮繞城高速公路入口匝道路網配流模型*

王澤宇

蘭州交通大學交通運輸學院，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回溢現象。針對該問題建立DUO最小目標的包含繞城高速公路入口匝道路網配流線性模型，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的運行效率。

關鍵詞：匝道控制；交通路網配流；最優控制

一、引言

城市規模擴大以及城市機動車占有率給許多城市帶來了進一步的城市外圍交通擁堵，導致許多城市早年建設的繞城高速公路不斷地成為了城市內部交通路網，繞城高速公路入口交通擁堵日趨嚴重。為了確保繞城高速公路以及其周邊的交通路網高效，有序的運行，對其進行合理的交通流控制是必然手段。多年以來國內外學者提出了多種高速公路網交通流控制模型。

現階段用來防止、解決交通擁堵的方法大體分為：(1)TMP交通規劃管理，通過基礎設施建設來提高道路的交通容量，同時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，控制交通需求的產生，減少出行，建設公共交通設施提高道路交通能力的利用，建設新的交通吸引區域改善原有交通需求量；(3)TMT交通管制管理，通過公交車專用線路，私家車單雙號限行，交叉口信號燈配時，交通誘導信息等管理措施控制和改變交通流構成、狀態、交通流分布等。對于有些特殊交通狀態，還可以通過兩種或者三種方法的組合進行交通控制。

匝道控制手段是通過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定運行，但是隨著入口匝道交通流的不斷增大，會產生排隊回溢現象，對周邊路網造成新的交通擁堵。單一考慮繞城高速公路本身的運行狀態已經不能夠解決現實交通問題。本文從交通需求以及交通技術手段出發，以匝道控制為目標，根據傳統匝道控制模型，并結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化

(一)模型基本描述

對于有匝道的路網，其中匝道的調節率可以描述為該匝道的流出率，也就是從城市路網節點流入繞城高速公路入口節點的流量，所以匝道調節率的確定也就是網絡上該段弧上分配的交通流量。路網上的每一個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間、燃油消耗、費用、總里程。可以采用動態用戶最低Dynamic User Optimum，DUO作為出行者的行為前提。

(二)目標函數確定

對于一個不包含匝道的路段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，這一個OP問題中任意路徑上的DUO都不一定相等，因此這一情況需要添加與路段a下游有關的一個非負可微約束：

基于冷凍水的數據中心制冷系統在以下條件下可以達到能效峰值：（1）采用變速設備；（2）根據制冷系統所服務的數據中心的熱負荷對所有子系統進行優化控制。當變速冷凍主機、泵、冷卻塔風機的運行與采用EC風機（電子控制自動啟/停切換風機）技術的冷凍水制冷CRAC機組的運行相互協同時，冷卻系統的效率將大大提高。目前的數據中心制冷系統是基于以下子系統運行的，每個子系統具有自己獨立的PID（比例微積分）反饋回路。

再依據DUO條件，可以得到該控制模型的目標函數

dt

(三)約束條件

(3)起訖節點流量守恒

drs(t) —t時刻車輛的需求量pcu/h。

(4)中間節點流量守恒

(5)車輛先到先出約束

(6)非負約束

三、實例計算分析

本文計算實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，已經經歷了許多年，隨著城市不斷擴張，西安繞城高速公路有一部分路段已經融入了城市道路，曲江立交段每天上下班高峰期都會有周期性的不同程度的交通擁堵，以及長安立交由于靠近大小雁塔、會展

中心等交通吸引區域，每逢節假日，都會形成較為嚴重的交通擁堵。造成這一情況的原因有多種，上下繞城高速的收費站設置不合理，繞城高速公路出口不足，以及交通誘導信息的不暢通。因此造成了上班高分期時交通擁堵的形成。

通過計算可以看出，曲江立交上行方向四個方向以及相關聯的4個路段早8點以后開始的高峰期遠遠高于平時的交通狀態，但是此時南三環路以及曲江池南路等平行路段交通能力尚未飽和，此時造成了曲江路與曲江立交，曲江路與曲江池北路嚴重的交通壓力。

依據當前得到的數據情況，對這幾個方向路段進行OD反推得到上一狀態時的交通需求，并根據本文模型進行交通流的再分配，得到圖2的交通流狀態，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，并且在后續的幾個小時提高了其它路段的道路使用率。

四、結論

本文通過數據證實西安繞城高速公路周邊路網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信息的不暢通，以及通往中心城區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提高交通能力。

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中圖分類號：U491.52

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0049-(2016)02-0015-02

*基金項目：國際自然基金(批準號：51468035)。