道路作业区通行能力和安全性诱导控制

Work zone traffic guidance and control strategy which comprises three variables: locations of traffic signs, merge control strategy and speed limit plays an important role in improving work zone capacity and safety. However, the effectiveness of traffic guidance and control strategy is affected by external environmental factors. Previous relevamt studies only focused on the optimization of a single traffic control variable (e.g., the location of traffic sign, merge control strategy or speed limit) in a specific circumstance. However, the optimization of a single variable may not simultaneously enhance work zone capacity and safety. Based on driving simulator experiments, this proposal will first investigate the impacts of traffic gudiance and control strategy on driver acceleration-deceleration and merging behaviors in work zones. Based on the experiment results, driving acceleration-deceleration and merging behavior models will be built using non-parametric regression approaches. Subsequently, microscopic traffic simulation techniques will be adopted to examine the impacts of work zone traffic guidance and control strategy on work zone capacity and safety, respectively. Finally, a multi-objective optimization model will be formulated to determine the optimal work zone traffic guidance and control strategies which aims to maximize work zone capacity and safety. This proposal is expected to provide traffic engineers an effective methodology to find the best traffic control strategies.

作业区诱导控制方案(由交通标志位置、汇合控制策略和限速策略等变量组成)对保证道路作业区交通顺畅和安全行驶具有非常重要的意义。作业区诱导控制方案的效果会受到外界因素的影响，然而相关研究都只是在特定的外界环境下针对诱导控制方案的单个变量展开研究，缺乏对诱导控制方案的所有变量进行系统性考虑。单一决策变量的优化无法同时提高作业区的通行能力和安全性。本研究计划通过高度仿真驾驶模拟实验，检测各种诱导控制变量对加减速和汇合行为的影响。基于实验数据，利用非参回归方法分别构建作业区驾驶加减速和汇合行为模型，并使用交通仿真技术来评估作业区诱导控制对作业区通行能力与安全的影响。最后，建立作业区诱导控制方案多目标优化模型，寻求作业区诱导控制最优方案，使得作业区的通行能力和安全性达到最优。本项目的主要研究意义在于通过利用高度驾驶仿真模拟实验和交通仿真技术，为选取最优作业区诱导控制方案提供一个有效的解决方法。

合理的作业区诱导控制对保证道路作业区交通顺畅和安全行驶具有非常重要的意义。作业区诱导控制的效果会受到外界因素的影响，然而相关研究都只是在特定的外界环境下针对诱导控制的单个变量展开研究，缺乏对诱导控制的所有变量进行系统性考虑。单一决策变量的优化无法同时提高作业区的通行能力和安全性。本项目首先开展了高度仿真驾驶模拟实验，解析了作业区诱导变量对作业区车辆驾驶行为的影响机理，实验结果表明如果作业区汇合标志和限速标志离作业区越近，那么作业区附近的汇合次数越多，车辆的加速度变化越明显，最小车尾时距则越小；当汇合标志位置越远，车辆汇合过程的起讫点分布越分散。此外，本项目也发现车辆尽快完成汇合行为的意愿会随着消逝时间的增加而变大。然后，本项目基于驾驶模拟实验数据和车辆轨迹数据，分别建立了考虑跟车类型的车辆汇合行为模型和基于安全代理指标的分类回归树汇合行为模型，发现所构建的两个汇合行为模型预测精度均较高，模型可以用来准确评估诱导控制作业区车辆汇合行为的影响。最后，本项目将构建的汇合行为模型和作业区诱导控制策略通过API函数导入微观交通仿真软件，建立了基于微观交通仿真技术的道路作业区控制策略单目标优化和双目标优化模型，分别设计了改进型遗传算法和帕累托优化算法，通过算例验证了优化模型和算法的有效性，并评估了作业诱导控制变量（限速策略、作业效率等）对道路作业区内车辆运行延误和安全性的边际效应。本项目的主要研究意义在于通过利用高度驾驶仿真模拟实验和交通仿真技术，为选取最优作业区诱导控制提供一个有效的解决方法。本项目提出的道路作业区控制单目标和双目标优化模型可作为智能交通管理系统的一个重要组成部分，为工程技术人员快速制定合理的作业决策提供技术指导。