第37卷第11期
2009年11月
华南理工大学(自然科学版) JournalofSouthChinaUniversityofTechnology
(Namr~ScienceEdition)V o1.37No.1l
November2009
文章编号:1000-565X(2009)11-0043—07
基于改进AMOC的北京快速环路协调控制策略术
占建云李志恒张毅段后利
(清华大学自动化系，北京100084)
摘要：根据北京快速环路的交通流特性及出入1:7间距短，交织严重的特点，改进了基础
模型METANET的节点模型和路段模型，在此基础上，建立了非线性最优控制模型，给出 了离散性最优出入口协调控制系统解.以北京二环快速路为实例，将采用改进最优控制 (AMOC)策略的仿真结果与实测环路数据的交通状态进行比对，结果表明采用改进 AMOC能使快速路交通流密度维持在期望的密度范围内，排队长度也较小，路网所有车辆
旅行总时间下降18.4%.
关键词：快速路；改进AMOC；出入口控制；最优控制
中图分类号:U491文献标识码:A
快速路已经成为高速公路与城市普通道路连接
的纽带，是城市交通中重要的组成部分.然而常发性
和非常发性拥堵现象随着交通需求的不断攀升愈加严重，如何协调快速路出人口控制，最大发挥快速
路资源是目前我国快速路亟待解决的问题.虽然国内有相关的研究¨引，但这些研究主要涉及单个出入口或与辅路进行联动，没有扩展到快速路网络.国外对快速路特别是高速公路最优控制研究较多，现有基于经典反馈控制理论的局部反馈出入口控制算法ALINEA，区域协调控制算法FLOW，协调反馈
控制算法METALINE以及用于快速路网路的先进快速路最优控制(AMOC)策略J.AMOC是希腊人Kotsialos和Papageorgiou等学者针对快速道路(包括高速公路和城市快速路)的特点，提出的一种宏观
网路交通流协调控制策略.AMOC策略能较好地描述快速道路的非线性动态特征，被许多学者在理论研究中广泛使用，并且Papageorgiou等还利用AMOC策略对阿姆斯特丹外环快速路进行了仿真分析，效果良好.文中针对北京二环快速路出入口间距短，交织严重以及与普通城市道路关联性强等特点, 对AMOC进行改进，建立适合我国的快速路协调控制策略，并以二环路为例进行了最优控制仿真，结果显示交通拥堵有较大改善.
1改进AMOC策略的基础模型
1.1建模思路
AMOC策略的模型基础是Papageorgiou等提出
的一种多元调节宏观网络控制模型METANETj,
也是ALINEA的总结和拓展j，该模型能较好地描
述高速公路的动态非线性特征，在国外有相对较广泛的使用.根据对我国城市快速路(特别是北京快
速环路)与国外高速公路交通流特性的对比分
析，北京快速环路在表述速度和流量关系的几个
主要参数如阻塞密度，自由流速度等与国外高速公
路存在差异，但也有一定的相似之处，设计标准相差
不大，所以产生拥堵"路"的因素影响是一样的，关
键要从交通控制的技术手段上寻求突破，这也是引
入AMOC策略的原因之一.同时，国内一些学者认
为我国城市快速路出入口不具有蓄车功能，而国外
高速公路匝道较长能蓄车，不能引入国外高速公路
收稿日期:2008-10-09
基金项目：国家"863"高技术计划项目(2006AA11Z208)；国家"973"计划项目(2006CB70550)
作者简介：占建云(1978一)，男，博士生，主要从事智能交通系统研究.E-mail:***********************.edu
华南理工大学(自然科学版)第37卷
相关控制策略及模型.根据笔者实地调研发现，虽
然北京快速环路出入13间距短(平均约4113)，但是
出人口的延伸线与辅路相连，承担了蓄车的功能,
见图1.这说明引入国外相关模型是可以的，只要
结合我国快速路自身特点加以改进是完全可以适
用的.
图1等待进入快速路的车辆
Fig.1Queuevehicleswaitingforenteringmain—Leeway
要利用AMOC策略对北京快速环路进行控制,
必须考虑以下自身特点，对基础模型进行适当改进.
http: www.kaixin001(1)城市快速路线形较差，直线路段不长，出入
口间距短，进出快速路车流量大，交织严重，经常出
现出口不畅现象，显然AMOC策略没有考虑这种影
响主路运行的情况;
(2)由于AMOC策略的基础模型是在高速公路
连通性速度和流量关系特性的基础上建立的，没有考虑快速路自由流速度范围的差别以及车速和密度关系拐点的不同;
(3)部分北京快速路在主路上设置了可变限速
标志以及车道灯，进行诱导和交通管制，这增加了快速路可控的参数;
(4)快速路出口较短，且与城市普通道路相连,
与普通城市道路交叉口相连的拥堵延伸到快速路出口，导致出口不畅,AMOC策略所建模型出口匝道没有描述这种情况.
文中针对以上区别，对AMOC策略所建模型进
行了改进，使模型能够准确描述北京快速路交通参数特性，诱导控制变量以及交织等情况.
1.2原始模型
将一段快速路网离散成__l,r段，每段的道路特性基本相同，每段之间是节点，每段长度为L(i=1,2,…, Ⅳ)，采用周期为7T(一般取5—30S)，时间离散化后=nT,=0,1,…,Ⅳ，为终止时问；第i路段交通
流量，密度和速度分别记为q,,,i=1,2, (Ⅳ)
具体见图2.图中,r(n)和s(It)分别表示入口和出
口流量.
::::::::
S,(),,(")(")(H)【")()
图2快速路离散图
Fig.2Discretisedfreewaylink
AMOC控制策略原始模型_6如下.
(1)路段模型
ki(n+1)=ki(n)+H(n)一
Mq(n)](1)
q(n):k(n)(n)M(2)
(+1):Vin)+__!!)_二+
(凡)一(n)](几)Tk…(n)一k(n)…
LrLk(/7,)+K
[ki㈩=vfexp[一(㈤
横山大刀队
式中:.为第i条路的车道数；为自由流速度;L
为离散路段路长;.，为每条车道的临界密度;a为金雕复仇
道路基本参数;f为时间相关参数;/.J为期望参数;K
为所有路网的通用参数.以上参数均为反映路网道
路性质的特征参数，根据道路几何特点标定获得.
(2)快速路网初始点排队模型
快速路初始点排队见图3，图3中"表示紧连
.
郧阳师专中文系路口的路段，初始点包括匝道入口和主路上游起始
点二部分，排队模型如下:
W.(n+1):.(n)+T[q(n)一q.(凡)](5)
g.(n)=r.(n).(n)(6)
.(n)=min{q(n)+W.(n)/T，弓..(11,)}(7)
(8)
式中:.(n)为起点0处在时间为nT的排队长度;
q(n)为0点匝道口的交通需求;q(n)为由匝道实
际进入主路的流量;(n)为起点0处的匝道调节
率,r.(n)=1，没有调节,ro(n)=0，入口封闭;q幽为
起点O处的通行能力；为起点O下游主路路段;
尼…为路段堵塞密度；为路段的临界密度.
徐四民(",1)
图3初始点排队流量图
Fig.3Origin—linkqueuemodel
第11期占建云等：基于改进AMOC的北京快速环路协调控制策略45 (3)节点模型
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