干道过饱和交叉口群的实时交通控制策略研究

为缓解、破解过饱和交叉口(群)的交通供需矛盾,基于城市道路的间断交通流特性,本文针对供需矛盾的焦点——交叉口连线路段的过饱和车队,阐释、分析其“回溢”所导致的交叉口(群)通行能力的损失机理,总结上述的通行能力损失所导致的交叉口(群)行程延误的增涨规律。此基础上,应用系统学的“现实系统—数学模型”方法,构建干道过饱和交叉口群系统优化控制(非线性规划条件极值)数学模型。该数学模型以“行程延误最小化”为目标函数,以“通行能力零损失(防止过饱和车队超范围回溢)”为约束条件。 在干道过剩交通总量(即全局负载)一定的前提下:各独立交叉口间,既存在以“单交叉口负载/延误最小化”为局部目标的竞争,同时亦必需以“交叉口群负载/延误最小化”为全局目标而协同。鉴于各独立交叉口之间同等的功能权重,因此,均衡饱和度(即竞争与协同的对立统一)是可行、且唯一可行的全局最优解。必需注意——关键变量交叉口饱和度、过饱和车队的长度及其时变率之间并不存在“一对一”的直接映射关联,因此,上述约束条件所限定的可行域内可能无解,对此,对于均衡饱和度的控制,必需视具体情况,强制个别的交叉口饱和度低于1.00,缩减过饱和车队的长度以符合上述的约束条件。 与过饱和交叉口群(理论研究范畴的)数学模型的最优解相对应,(工程技术、应用实务范畴的)现实系统的最优化策略,即是以“扩增单/多交叉口的通行能力”为核心的饱和度的“协同均衡化”: ◆策略应用前期,各交叉口饱和度>1.00条件下,均衡饱和度向最低者趋近,实现过剩交通的交通强度(具体体现为:过饱和车队长度的时变率)的“均衡”,其目的意义侧重:对过饱和车队,一则控制其“小范围存在”、二则抑制其“大范围延伸”,降低干道全局的“均衡延误”与“随机延误”; ◆策略应用后期,各交叉口饱和度<1.00条件下,均衡饱和度向平均值趋近,实现过剩交通的交通密度(具体体现为:过饱和车队长度)的“疏解”,其目的意义侧重:降低干道全局的“过饱和延误”,而更重要的是,防止过饱和车队“超范围回溢”,保障交叉口通行能力的零损失。 此外,为防止过饱和的转移或扩张,在策略应用后期,必需适度扩增系统外围欠饱和交叉口的通行能力——其一为过剩交通的交通强度的均衡提供可能的饱和度弹性余地,其二为过剩交通的交通密度的疏解创造必需的交通量容纳空间。