通行能力骤降现象对高速公路交通流控制的影响

通行能力骤降（capacity drop）是高速公路车辆交通流中经验观察到的一种现象：在达到临界密度后，拥堵状态出现，但直到密度降至远低于临界密度时，高速公路才会再次解除拥堵。这引入了滞后效应，使得进入拥堵状态比离开它更容易。然而，许多现有的一阶交通流模型，特别是用于控制器设计的模型，忽略了通行能力骤降，导致次优控制器。在本文中，我们考虑一种包含通行能力骤降的元胞传输交通流模型，以研究最优高速公路匝道控制问题。我们表明，如果在控制器设计中忽略通行能力骤降，那么通过凸规划获得的所得控制器可能显著次优。然后，我们提出一种替代的模型预测控制器，其通过混合整数线性规划考虑通行能力骤降，并表明对于足够大的滚动时域，该控制器是最优的。我们还将这些方法与一种启发式手工控制器进行比较，该控制器被视为积分反馈控制器的修改版，以考虑通行能力骤降。该启发式控制器优于忽略通行能力骤降的控制器，但表现不如所提出的替代模型预测控制器。这些结果表明，在控制器设计过程中纳入通行能力骤降通常很重要，并在多个案例研究中证明了这一见解。