车辆安全约束下最大化高速公路吞吐量的匝道控制

我们考虑具有任意数量入口与出口匝道的高速公路在车辆跟驰安全约束下的微观层面匝道控制(RM)。车辆到达入口匝道的时间及其目的地由外生随机过程建模。一旦车辆从入口匝道释放,若未被其他车辆阻挡则加速至自由流速度;一旦接近其他车辆,则采用安全间距跟驰行为。车辆到达目的地出口匝道后驶离高速公路。我们设计了交通响应式的 RM 策略以最大化吞吐量。对于给定的路径矩阵,RM 策略的吞吐量由所有入口匝队期望排队大小保持有界的入口到达率集合刻画。所提 RM 策略以同步周期工作,期间入口匝道释放的车辆数不超过周期开始时其排队大小。此外,所有策略均在车辆跟驰安全约束下运行,仅当主线在释放时刻存在足够车距时才释放新车辆。我们提供了三种机制,各入口匝道可:(i) 在周期末暂停释放一段时间,或 (ii) 在周期内调整释放率,或 (iii) 在周期内采用保守安全间距准则释放。所有提出的策略均为反应式的,即仅需实时交通测量而无需需求预测。这些策略的吞吐量通过研究所诱导马尔可夫链的随机稳定性来刻画,并被证明当所有入口匝道的合流速度等于自由流速度时达到最大。仿真用于说明我们策略的性能并与文献中著名的 RM 策略进行比较。