城市快速路网非线性最优控制模型与路径诱导研究

城市快速路网最优控制模型是交通工程领域的一个重要研究课题，尤其在2010年的研究中，付巧峰提出了一种创新的解决方案。该模型针对具有多个起点和多个终点的城市快速路网络，旨在通过非线性最优控制方法优化交通流量，减少拥堵，提升路网效率。 快速路控制的挑战在于其动态、非线性和离散的特性。动态性意味着交通流量随着时间变化而变化，非线性则体现在交通流与速度、密度之间的复杂关系上，而离散性则指控制决策通常是在特定时间点进行的。付巧峰采用非线性最优控制方法，这是解决这类问题的有效手段，因为它能够考虑到交通系统的复杂相互作用。 在模型中，二阶宏观交通流模型被用来描述交通流的动力学行为。这种模型不仅考虑车辆的速度和密度，还可能包括其他因素，如车距、加速度等，以更准确地反映实际情况。模型假设多起点和多讫点的交通流量，这更符合实际城市道路的使用情况。 路径诱导是优化控制的关键策略，通过可变信息信号（VMS）来实施。VMS可以在实时情况下向驾驶员提供路况信息，引导他们选择更优的行驶路线，从而分散交通压力，避免局部拥堵。这种方法有助于在路网中平衡交通流量，减少瓶颈效应。 为了实现这一控制策略，付巧峰设计了一个集成的搜索算法。这种算法能够在复杂的城市路网环境中寻找最佳的路径分配，确保交通流动的高效性。通过仿真测试，结果显示优化控制下的路网性能显著提高，与无控制相比，总耗费时间减少了8.9%，同时几乎消除了入口处的排队现象。这表明所提出的集成搜索算法在实际应用中既有效又实用。 总结来说，这个研究提供了一种结合非线性最优控制理论、二阶宏观交通流模型以及可变信息信号的综合控制策略，为改善城市快速路网的交通状况提供了理论依据和技术支持。通过优化路径诱导，可以显著降低交通拥堵，提高道路通行能力，这对于城市交通规划和管理具有重要的实践意义。