基于界壳论的绕城高速公路入口匝道控制模型研究

The ring freeway facilities of high-fill embankments, fences and viaducts, etc. Separate itself from the sounding environment, while forming the boundary of ring freeway. The traffic flow between the ring freeway and its environment can be exchanged only through ramps. The rules and mechanisms of traffic-flow exchange are determined by the boundary's semi-closed features. Taking the boundary of ring freeway system as breakthrough point, using Jieke theory-the theory for studying the common principle of system boundaries, and the method of mater-element analysis and extension control, the structure and function of ring freeway Jieke is to be discussed, the matter-elements model for describing Jieke attributes will be established. The variations of Jieke-attribute values will be analyzed when the on-ramp control is conducted. The essence of on-ramp control will be explored by using matter-element transformation. Taking the matter-element of Jieke attributes as object, the extension control model of on-ramp metering will be set up. It is hopeful that the theoretical framework of on-ramp control based on Jieke theory will have been developed, the model of which takes account of the traffic situation of adjacent roads and expressways of ring freeway and can deal with the ring freeway traffic breakdown. New ideas and methods for researching ring freeway control will have been provided.

绕城高速公路的高路堤、护栏、高架桥等设施将绕城高速公路与周围环境隔离开，形成绕城高速公路系统的边界，而匝道出入口是系统和环境车流交换的唯一通道，这种半封闭的周界特征决定了绕城高速公路系统和环境间车流交换的规律和机制。以绕城高速公路系统周界为切入点，运用研究系统周界一般规律的理论-界壳论的思想与方法，结合物元分析及可拓控制理论，研究绕城高速公路系统界壳结构和功能，建立界壳结构和功能属性物元模型；分析绕城高速公路入口匝道控制过程中界壳属性值的变化，利用属性物元变换揭示入口匝道控制的实质，以界壳属性物元为控制对象，建立入口匝道可拓控制模型。以期构建基于界壳论的既兼顾相邻普通高速公路和城市道路交通状态又可应对交通突变的绕城高速公路入口匝道控制理论框架，为绕城高速公路交通控制理论研究提供新的思路和方法。

绕城高速公路的高路堤、护栏、高架桥等设施将绕城高速公路与周围环境隔离开，形成绕城高速公路系统的边界，而匝道出入口是系统和环境车流交换的唯一通道，这种半封闭的周界特征决定了绕城高速公路系统和环境间车流交换的规律和机制。以绕城高速公路系统周界为切入点，运用研究系统周界一般规律的理论——界壳论的思想与方法，结合物元分析及可拓控制理论，研究绕城高速公路系统界壳结构和功能，建立基于界壳论的绕城高速公路匝道控制理论。. 分析了绕城高速公路的界壳属性，提出了界壳张力、界壳压力、界门开放度、界门复杂度、界门不均匀系数等技术指标，建立了界壳结构和功能属性物元模型。运用复杂系统理论和热力学理论，研究了绕城高速公路系统界壳的脆性因子，建立了绕城高速公路系统脆性结构模型。分析了绕城高速公路系统属性物元，以不同出入口布局方案属性物元与理性状态物元贴近度为依据，建立了绕城高速公路出入口布局优化模型，依托GIS平台对模型进行求解。. 从绕城高速公路边界特征出发，进行绕城高速公路交通流预测研究。建立了非拥挤状态下绕城高速公路出入口OD反推模型，完成了绕城高速公路单匝道控制的META改进模型的建立。结合二阶宏观交通流模型与粒子滤波算法，构建了绕城高速公路交通状态划分及主线实时交通流预测模型，建立了不同交通状态下绕城高速公路入口匝道与主线限速双策略协调控制模型。. 根据绕城高速公路实时界壳属性与理想界壳属性间的关系，设计了交通需求量较大时绕城高速公路入口匝道可拓控制器，建立了基于灰色预测可拓控制的入口匝道控制模型。该模型既考虑了主线交通流的平稳性，又兼顾了匝道排队长对城市交通的影响。