基于强化学习的汇流瓶颈区可变限速策略研究

为提高高速公路汇流瓶颈区的通行效率,本文结合强化学习无需建立模型,具有智能学习的特点,对瓶颈区的可变限速策略进行了优化,首次提出了基于Q学习算法的可变限速控制策略.策略以最大化系统总流出车辆数为目标,通过遍历交通流状态集合,尝试不同限速值序列进行自适应学习.以真实路段交通流数据搭建了元胞传输模型仿真平台,通过将其与无控制和基于反馈控制的可变限速策略进行对比,对Q学习策略的控制效果进行评价.通行时间的降低和交通参数的变化表明,强化学习控制策略在提高汇流瓶颈区通行效率和改善交通流运行状况方面具有优越性.

城市快速路瓶颈区可变限速反馈控制方法研究

针对快速路瓶颈区易发生通行能力下降导致的交通阻塞问题,提出一种可变限速控制方法。首先,构建了反馈控制器实时优化路段限速值,以瓶颈区现有占有率与期望占有率差值调整上游限速值,以提升瓶颈区通行效率;其次,基于实测数据构建快速路瓶颈区元胞传输模型并开展实验。结果表明,与无限速控制相比,实施可变限速的路段总流出车流量提高了4.3%,平均行程时间减少了2.1%。较无控制情况下总流出车辆数前者提高了5.2%,较无模糊控制情况下提高了2.7%。

基于元学习和神经网络的快速路瓶颈区识别模型

通过较少样本量的快速路瓶颈区数据、高速公路瓶颈区数据、轨道交通瓶颈站点数据,基于元学习方法和神经网络模型,训练得到一个通用的、精度较高的快速路瓶颈区识别模型,该模型可以实时、不间断地主动对快速路段可能会形成瓶颈区的区域和时间进行推理。经实际数据验证,元学习模型准确率为85.3%,召回率为87.1%,F1得分为86.2%。

基于隧道瓶颈区的多区段可变限速策略研究

城市隧道瓶颈区交通拥堵问题影响交通通行,可变限速交通策略可以有效地缓解交通拥堵状况。构建了基于隧道瓶颈区的多区段可变限速策略,确定了多区段各段限速值计算方法及各段最小限速距离。以标定的交通流模型及跟驰模型为基础,分析评价了多区段可变限速策略对拥堵区段通行效率及安全指标的提升效果。结果表明,相较于无可变限速策略及单区段可变限速策略,多区段可变限速策略分别提高了拥堵区段38.48%、10.21%的平均速度。相比于无可变限速场景,多区段可变限速显著降低了车辆的碰撞风险,TTC、TET、TIT分别改善了2.68%、47.37%、53.97%。相比于单区段可变限速,多区段可变限速策略的TTC、TET、TIT分别改善了0.75%、0.39%、16.39%。

车联网环境下匝道汇入区瓶颈换道优化

高快速路汇入区(即合流区)瓶颈是交通流运行的咽喉,汇入瓶颈交通流失效会加剧拥堵,诱发交通振荡以及事故率上升等一系列问题。与现有研究大都通过调节匝道汇入车辆行为或主线车辆速度进而试图改善汇入区交通流问题不同,该研究聚焦于瓶颈汇入区上游主线车辆,通过动态调节汇入区上游主线车道车辆分布,提升汇入区通行能力。具体而言,研究提出一种可以对网联车(CV)进行双向换道建议的混合整数线性规划模型,该方法不依赖于交通流基本图设定的临界密度,通过实时计算每一辆个体CV的向左、向右或保持车道决策以优化车道流量分布,减少汇入车辆干扰,提升汇入效率。基于VISSIM交通仿真软件,通过二次开发搭建了汇入区瓶颈换道优化实时仿真评估系统,并对该方法进行了验证,测试不同流量组合和不同CV渗透率下算法的有效性。各车道时空轨迹表明该换道建议优化方法可以有效减小汇入车辆冲突,车均延误分析结果表明在单车道平均流量1550~1800 veh·h^(-1)区间,即汇入瓶颈失效关键流量区段,换道建议优化方案相比原方案能显著改善汇入区的运行效率,车均延误可降低10%~50%左右。CV渗透率敏感性分析表明,在较低的0.2~0.5渗透率下即可达到减小延误的目标。

冰雪条件下快速路汇流区可变限速控制

首先,对正常天气和冰雪天气下的城市快速路交通流进行视频拍摄和人工调查,得出城市快速路入口匝道瓶颈区域在两种天气下的交通流运行特征变化的关键值。然后,提出一种基于Q学习算法的可变限速控制策略,并利用改进后的元胞传输模型对冰雪条件下该可变限速控制策略进行了仿真,最后得出冰雪天气条件下的车辆控制效果。仿真结果表明:除雪条件下的城市快速路汇流区路段采用本文控制策略后,车流在高峰期间的通行效率提高了16.16%,且有效地避免了严重堵塞。

扰动情形下瓶颈利用对作业车间调度的影响

针对瓶颈100%利用后无法应对扰动而造成调度方案无法执行的问题,提出了瓶颈能力释放率和瓶颈能力释放区的概念,研究了瓶颈利用对作业车间调度的影响。在识别瓶颈的基础上,设置瓶颈能力释放率等级;进行瓶颈能力的按级利用,通过遗传算法优化投料次序,输入Plant-Simulation进行模拟仿真,得到各级瓶颈能力释放率的初始调度优化方案;设置机器故障、缓冲、工艺路线更改、交货期变动等随机扰动,对各级初始调度优化方案进行再次模拟仿真,得到随机扰动下各级瓶颈能力释放率的最优调度方案;分析了随机扰动下不同等级的瓶颈能力释放率对作业调度方案的影响。算例结果证实了瓶颈扰动情形下瓶颈100%充分利用并非科学,生成的调度方案鲁棒性差且调度执行结果并非最优的结论。另外,瓶颈非100%有限利用存在最优的瓶颈能力释放率和瓶颈能力释放区,在此释放区之外,过多或过少的瓶颈保护能力对调度方案都有较大的负面影响。

快速路汇入区瓶颈交通流早发性失效研究(第2部分):致因分析

快速路汇入区是典型的常发性瓶颈区域,其交通流失效严重制约通行效率,影响交通安全。现有研究实证发现,大量汇入瓶颈存在早发性失效现象,这进一步加剧了瓶颈的制约作用,而目前尚未有理论方法对这一独特现象进行建模仿真与致因分析。本系列研究的第一部分定义并建模了3类新的汇入行为,并与汇入区跟驰和换道模型整合,构建了瓶颈交通流高精度仿真系统。作为系列研究的第二部分,重点探讨瓶颈交通流早发性失效致因:即基于仿真受控试验分析瓶颈失效的影响因素,并解析不同微观驾驶行为与宏观瓶颈交通流失效之间的内在机理。首先,对瓶颈汇入区仿真系统进行了精细化参数标定,作为受控试验的研究工具。其次,基于多因素方差分析方法设计正交试验,排除因素间的交互效应,分析各类驾驶行为对于瓶颈通行效率的主效应。最后,利用因果推断理论设计仿真试验,构建早发性失效因果网络图,深入分析上述驾驶行为之间的交互影响链,以及与瓶颈交通流失效的作用关系。研究结果表明:早发性失效的关键致因与失效机制中的影响因素是一致的,其中并行式汇入和主线压迫式换道会对通行效率产生显著负效用,而主动-回应汇入会产生一定正效用。因果网络图显示,引发瓶颈失效的驾驶行为事件链为主动-回应汇入→并行式汇入→主线压迫式换道→里程生产量,而驾驶特性参数(期望时距、汇入动机生成距离等)作为外生变量会对上述行为的出现频率产生影响。

综合物探法和人工探险探测在地下河勘察中的应用——以清江伏流段综合探测为例

以湖北省腾龙洞大峡谷国家地质公园清江伏流段综合勘察为例,采用直流电法和瞬变电磁法,综合人工探险探测手段,对清江伏流段的位置、相对水位高程、空间结构形态特征及伏流段内阻水的瓶颈区进行探测,结果可知:(1)物探手段对岩溶有较好的识别效果,具有低成本、探测深度大、抗干扰能力强及高效率等特点,而人工探险探测的直观性、准确性与可靠性是物探法的补充和验证。(2)综合勘探得出,清江伏流自卧龙吞江(落水洞)入口至黑洞出口全段干道长9.89 km,落差117 m,平均纵坡降12.1‰,埋深20~280 m,地面发育有线形串珠状汇水洼地、落水洞、竖井、天窗,通过支流、季节性消水管道形式与之相连,由此形成了独特的、具一定规模的清江伏流管道系统。该系统在空间上的结构形态既有喀斯特地貌区地下暗河的基本特征,又有其独具一格的特性,表现为空间结构形态的复杂性和多样性。综合物探方法和人工探险探测为清江河伏流段综合治理、防洪体系规划设计施工和旅游开发提供了科学依据。

基于深度强化学习的平滑车速控制系统

为调整不同路段的限速值,平滑交通流,从而提升高速公路车辆通行的安全性和效率,针对交通瓶颈区设计一种基于深度强化学习的平滑车速管控系统。该系统主要包含动态限速启动、限速值确定与更新和情报板动态发布等3个模块。将深度强化学习算法DDQN(Double Deep Q-Network)引入系统中,提出一种基于DDQN的平滑车速控制策略,从目标网络和经验回顾2个维度提升该算法的性能。基于元胞传输模型(Cellular Transmission Model,CTM)对宁夏高速公路某路段的交通流运行场景进行仿真,以车辆总通行时间和车流量为评价指标验证该系统的有效性,结果表明该系统能提高瓶颈区内拥堵路段车辆的通行效率。

快速路汇入区瓶颈交通流早发性失效研究(第1部分):建模仿真

快速路汇入区是典型的常发性瓶颈,其交通流失效严重制约系统通行效率,影响交通安全。现有研究实证发现,大量汇入瓶颈存在早发性失效现象,这进一步加剧了瓶颈制约作用,而目前尚未有理论方法对这一独特现象进行建模仿真与致因分析。为探究瓶颈交通流早发性失效致因,系统分析了瓶颈驾驶行为新特征,并对其进行深度建模与仿真;进一步地,基于大量仿真试验,利用因果推断理论,探究早发性失效机理。作为系列研究的第一部分,重点探讨瓶颈交通流高精度建模仿真问题。基于上海延安高架虹许路汇入区轨迹数据,在对比分析现有汇入区建模仿真研究的基础上,突破传统驾驶行为建模单向交互、单次决策、单维博弈的确定性行为分析范畴,发现并定义了3类新的汇入行为:主动-回应汇入、并行式汇入、延迟汇入。根据对新行为决策过程的解耦,对汇入的动机生成、间隙选择、换道执行等各阶段均提出了全新的建模方法。进一步地,针对传统汇入仿真框架中各个阶段采用串行序贯决策的方式,忽略了驾驶人和环境状态的时变性,提出了多阶段时序决策的汇入仿真框架,并整合新汇入行为模型,形成了瓶颈交通流汇入仿真新框架。最后,基于该框架构建了汇入区瓶颈交通流仿真原型系统。该仿真原型系统能够高精度再现各类汇入行为特征,相比于传统汇入仿真框架和VISSIM都具有显著优势。仿真结果显示,在汇入间距/位置/速度等汇入区交通流关键参数分布上与实证数据无统计学显著差异,并能准确复现瓶颈早发性失效现象及速度时空演化特征。该高可信仿真系统的构建,为早发性失效的致因分析及管控优化提供了有力支撑。

创新集成及其成本研究

创新已引起国家领导及政府的高度重视.江泽民同志一再强调:"创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力.""知识经济,创新意识,对于我们21世纪的发展至关重要."