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摘要：随着机动车数量的快速增长，交通拥堵状态也随之加剧，为了提高拥堵区域路网通行效率及通行流量，保障行车安全，采用可变限速的方法，以拥堵区域通行流量最大及路网总行程时间最小为目标函数，以考虑可变限速条件下拥堵区域拥堵状态方程为约束条件，确定拥堵区域最优可变限速值，并根据实际运行状况，确定可变限速区间。

关键词：拥堵区域;可变限速;限速区间

0 引言

随着经济的发展，高速公路里程及机动车保有量急剧增加，而高速公路的管理水平却明显低于机动车增长的速度。大量机动车涌入高速公路，导致交通拥堵问题日益凸显，高速公路拥堵问题不仅提高了居民出行的时间和经济成本，而且在更大程度上，车辆的频繁启动和停车，导致燃料消耗加剧，对环境产生巨大的污染。因此，在现有高速公路条件下，采用有效的限速措施提高高速公路的通行效率是亟待解决的问题。

1 动态可变限速综述

动态可变限速控制通过车辆在运行过程中受到的道路条件和交通环境等影响，通过实时调节限速值，来平滑交通流，以此提升道路的通行能力，降低交通事故，提高交通安全。

国内学者主要通过对缩短行程时间等控制变量展开研究。马明辉等依据通过METANET交通流模型采用可变限速控制优化算法获得最优限速值 [1];贾洪飞等采用基于模糊均值法对交通状态进行研究，采用粒子滤波算法获取最优限速值[2];牛忠海等通过对高速公路主线和入口匝道控制的差异性进行了研究，采用神经网络算法和模糊逻辑思想提出了动态模糊神经网络可变限速控制算法[3]。Duo Li等通过交通环境变量采用模糊集来代替清晰集，解决了已有算法的扰动问题[4]。

综上所述，目前国内外学者主要针对高速公路交通状态特性、可变限速优化算法等方面进行了研究。根据国内外研究发现，目前针对高速公路控制目标的选取比较单一，基本集中在提升路网通行效率，如：优化通行能力、减少匝道排队、减少路网总行程时间等。如何更加科学的优化控制目标，对高速公路整体状况进行改善，是有必要更深一步进行研究。

2 区域交通状态确定方法

区域交通状态确定方法采用奚坤等通过对速度密度敏感度表征量进行改进，对METANET模型进行优化，确定出以下交通状态确定方法[5]。

①路段车流量方程：

由于交通流三参数都是时空变量，所以路段车流密度和路段车流流量都可以表示为时间和距离的函数。基于车辆守恒定律，路段内的车辆数量的改变量等于该时刻的流入量减去流出量，由此可以使用车流密度、平均速度、及车道数量的乘积表示高速公路流量随时间变化关系。

——k时刻路段i单位采样周期内路段车流流量（veh/h）;

——k时刻路段i单位采样周期内路段车流密度（veh/km/lane）;

——k时刻路段i单位采样周期内路段平均速度（km/h）;

——路段i内车道数量。

②路段平均速度方程：

车辆的运行速度主要影响因素有三个，即该车辆上一时刻的运行速度、研究路段的交通流密度和下游路段的交通流密度。所以速度可以表示为密度的函数。

——k+1时刻路段i单位采样周期内路段平均速度（km/h）;

——k时刻路段i单位采样周期内路段平均速度（km/h）;

——期望速度（km/h）;

——驾驶员速度调整系数（s）;

——速度密度关系;

——防止过小设置的模型补偿系数（veh/km/lane）。

③起始路段和入口匝道排队方程

路段入口匝道单位采样周期内的匝道车辆排队数量等于上一时刻采样周期内的排队数量加上交通需求，并减去匝道汇入流量。

——k+1时刻路段i入口匝道单位采样周期内的匝道车辆排队数量（veh）;

——k时刻路段i入口匝道单位采样周期内的匝道车辆排队（veh）;

——k时刻路段i入口匝道单位采样周期内交通需求（veh/h）;

——k时刻单位采样周期内入口匝道汇入流量（veh/h）。

3 动态限速控制目标函数确定

根据路段数据对高速公路拥堵区域的交通流状态参数进行计算，然后构建可变限速控制算法的控制目标。依据计算的交通流状态，通过可变限速控制系统对控制目标优化求解来寻求最优限速值。

目标函数考虑交通拥堵区域总通行流量最大以及路网总行程时间（时段△t内高速公路上所有车辆的通行总时间与入口匝道处车辆排队时间的总和）。

考虑目标函数同时考虑拥堵区域总的通行流量最大与路网总行程时间最小问题，将目标函数整合后为：

考虑了低偏离度及实际条件下车辆行驶速度控制及高速公路交通法驾驶速度超过限速值10%以为不进行处罚等各方面综合考虑，取最优限速值的10%作为最优限速区间：

[

4 结论

根据区域交通状态确定方法，采用考虑可变限速控制条件下，对原始METANET交通流模型进行改进，作为确定最佳限速值的约束条件，同时在考虑拥堵区域总的通行流量最大与路网总行程时间的条件下，确定动态限速的目标函数，并在考虑实际条件下车辆行驶速度，根据低偏离度条件确定最优限速区间，在保证道路行车安全的前提下，有效提高拥堵路段通行能力和通行效率。

参考文献

[1]马明辉，杨庆芳，梁士栋.高速公路主线可变限速控制方法[J].哈尔滨工业大学学报，2015，47（09）：107—111.

[2]贾洪飞、李永行、杨丽丽基于交通状态估计的快速路交通联合控制吉林大学学报（工学版），2016（4）：76.81.

[3]牛忠海，贾元华，张亮亮，廖成.基于自适应模糊神经网络的可变限速与匝道协同控制方法 [J].物流技术，2015，34（17）：89—92.

[4]Duo Li，Prakash Ranjitkar，A fuzzy logic—based variable speed limit controller[J].Journal ofAdvanced Transportation，20 1 5，49（8）.

[5]奚坤.基于可变限速的高速公路拥堵路段控制算法研究[D]. 重庆交通大学.