高速公路速率控制與匝道儀控最佳化協控模式之研究

A Study on Optimal Control of Integrating Variable Speed Limit and Ramp Metering on Highway

薛博元(Po-Yuan Hsueh)

指導教授 ： 許添本

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.02068

摘要

隨著私人車輛的持有率和使用率不斷升高，造成交通量迅速成長，在尖峰時段或連續假日高速公路往往會發生大範圍及長時間的壅塞，甚至回堵至平面道路而造成全面性的壅塞。這些壅塞將導致高速公路運作的效率降低，也帶來了龐大的社會成本。因此為了提升高速公路的使用效率以及減少社會成本，有必要採取相關的交通控制策略來維持車流的穩定。
本研究為解決大範圍壅塞的問題，提出一個以巨觀車流模式與回饋控制邏輯為基礎的主線可變速率控制與匝道儀控最佳化協控模式。此模式係以即時動態控制的方式，在控制範圍內總通過量最大化的目標下，找出最佳的動態速限與匝道儀控率，以期能在瓶頸路段所造成之壅塞狀況下達到改善高速公路績效的目的。
本研究以國道五號作為研究對象，根據蒐集實際偵測器資料進行分析以了解壅塞發生的時間、地點與嚴重程度，結果發現雪山隧道與壅塞的形成有很大的關係，可視為瓶頸路段，經過評估過後，最後選擇國道五號北上路段頭城交流道路段作為模式實證的地點，並在模擬軟體內建構研究對象之虛擬路網，且驗證其具有一定程度的描述能力。本研究再根據此模擬路網找出模式所需校估之參數：自由流速率、壅塞密度、流量權重參數、密度速率關係影響係數、衝擊波效應影響係數，並確認本研究之控制策略，包括了速限標誌和儀控號誌擺設位置、速限和儀控率數值的設定方式以及控制範圍的選取。
最後將本研究以模擬即時求解得到之最佳速限與儀控率放入模擬路網中，發現在總通過量、平均旅行時間、平均延滯時間與匝道等候車隊長度等績效均有改善，但隨著流量的增加或減少，此改善效果將越不明顯，顯示本研究之模式能夠有效改善壅塞情況，但仍有其適用範圍。

關鍵字

可變速率控制 ； 匝道儀控 ； 最佳化控制 ； 車流模擬

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無資料

並列關鍵字

Variable Speed Limit ； Ramp Metering ； Optimal Control ； Traffic Simulation

參考文獻

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