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1、广东交通职业技术学院物流与运输管理学院广东交通职业技术学院物流与运输管理学院物流管理专业毕业论文物流管理专业毕业论文论文题目论文题目: :高速公路匝道控制系统研究高速公路匝道控制系统研究摘 要1摘摘 要要高速公路的建设通车，有力地推动和促进了沿线经济的发展，为国民经济和区域经济的持续发展构筑了一系列新的经济增长点，显示了巨大的生命力。由于高速公路在国家经济发展中扮演着越来越重要的角色，社会效益日益凸现，许多交通学者都投身于高速公路系统的研究中。目前，高速公路匝道控制系统是国内外学者研究高速公路的热点问题，其核心思想是通过控制高速公路入口匝道调节率来优化、改善高速公路的交通状况，从而使高速公路的
2、社会经济效益达到最优。上世纪八十年代以前，国内外交通学专家早已对高速公路单匝道控制系统和定时控制系统做了深入透彻的研究，并得出了许多实用性的结论。由于高速公路设置了若干入口匝道，这些入口匝道存在相互制约关系，所以用单匝道控制系统（把各匝道看作一个孤立系统）来研究高速公路系统肯定存在较大程度上的局限性。当高速公路车流变化较大时，定时控制系统往往变得苍白无力。实行入口匝道全局动态控制,既能保证高速公路的服务水平和总服务流量同时到达最优，还能有效地缓和、消除高速公路的拥挤、塞车现象。基于上述原因，八十年代以后，国内外研究的重点逐渐转向了匝道全局动态控制系统。九十年代以后，我国交通学专家在这方面也开始
3、有了权威性的研究。本文试图通过使用交通流理论、线性规划模型方法，并结合线性预测理论来研究高速公路匝道控制系统，从中得出一个比较实用的全目 录2局动态控制方法。【关键词】 入口匝道控制系统；控制策略；线性规划模型摘 要3目目 录录摘摘 要要 .1目目 录录 .2第一章第一章 绪论绪论 .11.11.1 匝道控制研究背景匝道控制研究背景 .11.1.11.1.1 高速公路发展概况高速公路发展概况 .11.1.21.1.2 高速公路系统特性高速公路系统特性 .11.1.31.1.3 高速公路社会效益高速公路社会效益 .21.21.2 匝道控制基本知识匝道控制基本知识 .41.2.11.2.1 匝道控
4、制概念匝道控制概念 .41.2.21.2.2 匝道控制历史匝道控制历史 .41.2.31.2.3 匝道控制的必要性匝道控制的必要性 .51.2.41.2.4 匝道控制发展趋势匝道控制发展趋势 .51.2.51.2.5 匝道控制方式匝道控制方式 .61.31.3 本章小结本章小结 .9第二章第二章 交通流理论交通流理论 .102.12.1 交通流特性交通流特性 .102.1.12.1.1 交通流概述交通流概述 .102.1.22.1.2 连续流特征连续流特征 .112.22.2 微观交通模型微观交通模型 .142.32.3 宏观交通模型宏观交通模型 .16目 录12.3.12.3.1 宏观稳态交
5、通模型宏观稳态交通模型 .162.3.22.3.2 宏观动态交通模型宏观动态交通模型 .172.42.4 本章小结本章小结 .19第一章 绪论1第一章第一章 绪论绪论1.11.1 匝道控制研究背景匝道控制研究背景1.1.11.1.1 高速公路发展概况高速公路发展概况我国高速公路的兴建，最早始于台湾省。其南北高速公路北起高雄，南至基隆，全长 373km，于 1978 年 10 月建成。高速公路的兴建，是对外开放，经济腾飞的客观需要和必然趋势。我国大陆高速公路的建设，于 70 年代着手可行性研究。1988 年 10 月，我国大陆第一条高速公路沪嘉高速公路建成通车，标志着我国高速公路建设实现了零的突
6、破。1999 年，我国高速公路总通车里程首次超过加拿大，达到 1.1605 万公里，使得我国高速公路通车里程仅次于美国位居世界第二位。正如经济发展状况一样，我国的高速公路通车里程也稳步快速增长。1988 年，全国高速公路通车里程仅为 147 公里，但截至 2003 年底，全国高速公路通车里程已经达到 29811 公里，年增长率为 42.50%。无疑，高速公路的快速发展给社会带来了极大的经济和社会效益。高速公路里程与全国国内生产总值存在高度的相关性，见（图 1-1-1） 。广东交通职业技术学院毕业论文216034380021415773334226779547717477287337955311
7、605820541625489404194539593325200102398298111166940200004000060000800001000001200001994年1996年1998年2000年2002年年份（从1994年到2003年）高速公路总里程（公里）国内生产总值（亿元）图 1-1-1 高速公路与经济发展的关系1.1.21.1.2 高速公路系统特性高速公路系统特性高速公路是专供汽车高速行驶的公路。由于高速公路全线采用分隔行驶、立体交叉、限制出入，采用较高的技术标准和完善的交通设施，因此为汽车高速、安全、便捷地大运量行驶创造了优越的条件。高速公路有下列优点：（1）高速行车速度是
8、交通运输的主要技术指标。由于高速公路平均车速高达90110km/h，因此行驶时间的缩短带来了巨大的经济效益和社会效益。德国高速公路每 147km 平均行驶时间为 1.23h，比一般国道节约时间 47%，节约燃料 93%。（2）通行能力大一般双车道公路的通车能力为 0.50.6 万 Pcu/昼夜，而一条四车道的高速公路则为 3.55.0 万 Pcu/昼夜，六车道和八车道高速公路则达到 710 万 Pcu/昼夜。可见，高速公路的通行能力是一般公路的几倍至几十倍。通行能力大，运输能力必然提高。如美国高速第一章 绪论3公路里程仅占公路总长的 1.1%，而其交通量却占了总交通量的 21.3%。日本高速公
9、路里程占公路总里程的 1.9%，却承担了 20.2%的公路总运量。英国高速公路和干线公路占全公路系统的 4.4%，却承担了全运输量的 35%和重型货物量的 60%。（3）安全行车由于高速公路全线采用分隔行驶、立体交叉、限制出入等措施，使其行车事故大为减少。据统计，各国高速公路的交通事故率和死亡率仅为一般公路的 1/3 或 1/2。日本高速公路交通事故死亡率为普通公路的 1/40。英国高速公路的事故率只是一般公路的 1/10，我国高速公路的事故比一般公路低两倍以上。（4）运费低廉高速公路车速搞，通行能力，行车安全，使油耗，轮胎损耗和事故损失大大减少，而运输量却成倍增加，因此其运输成本明显降低，经
10、济效益显著。我国合宁高速公路通车一年即节约运输成本 3241 万元。美国资料表明：货车车速为 30 哩/时，每次刹车的耗油量相当于行驶 0.41km 的耗油量，其洲际和国防高速公路总投资为 900 亿美元，由于行驶时间缩短及运费降低，812 年就可以收回全部投资。日本资料统计，高速公路可使货车节油 42%，名神高速公路的运输成本较一般公路降低 17%。1.1.31.1.3 高速公路社会效益高速公路社会效益想致富、先修路，富不富、先看路。在中国老百姓心里，路的好坏是走向富裕的一个象征。高速公路的效益远远超出了交通运输行业广东交通职业技术学院毕业论文4自身，有着广泛的经济效益与社会效益。高速公路建
11、设对国民经济的拉动作用包含两个方面的内容：一是直接拉动效应：即工程建设直接产生的经济量的增长，同时也包括建材行业、机械制造业等相关产业巨大的衍生经济效益，还包括对社会劳动力就业的贡献。二是间接拉动效应：也就是公路交通条件改善产生的国民经济效益和社会效益，其中包括运输距离和时间缩短带来的成本节约效益，交通服务水平的改善带来的安全、舒适性等效益。高速公路的间接拉动效应（间接经济效益）比直接拉动效益（直接经济效益）的影响还要大。关于高速公路的间接经济效益，我们可以从以下几个方面分析：（1）促进沿线资源的开发及市场的扩大如意大利“太阳道”高速公路通车后，沿途地区工业企业迅速发展，繁荣了地方经济，事 1
12、7 个省的平均国民收入提高了 3%，有如法国里昂至巴黎高速公路建成通车后沿线出现许多新集镇，带动了就业和扩大了市场范围。上海沪嘉高速公路的兴建使地属上海的卫星城嘉定县经济更繁荣，土地增值，投资环境优化，一跃成为 1992 年全国首富县城。（2）促进多种运输方式的优化组合高速公路与一般公路构成新的路网使公路布局日趋合理，还与运量大的铁路运输及廉价的水运有机结合在一起形成联运网，使物资运输更为直接、便捷、快速、准时，从而最大限度地提高运输效率，第一章 绪论5随着集装箱汽车的直达运输，使大吨位、大型牵引车迅速发展，促进多种运输方式的优化组合。（3）有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发现代大城市人口密
13、集，居住拥挤，交通阻塞，环境污染等弊端在修建高速公路后，随着沿线城镇，工业的兴建，使城市人口向郊外分散，不少城市主要居住地区也转向周围卫星城，既促进了地区发展，又缓和了城市人口的增长。例如日本名神高速公路建成后，在 14 个立体交叉周围新建工厂 900 座以上，许多小城镇已经发展成工业城市。（4）加速物质生产和产品流通现代化生产对原材料的需要和产品的流通要求直达、快速，以减少货物转运，加快资金周转，有利于扩大再生产。高速公路的快速、大量、便捷对加速物资生产，促进产品流通方面起着重要作用。（5）拉动经济发展从宏观经济发展的角度，公路交通对经济的拉动作用具有更为深刻的意义。2003 年，辽宁、山东在全国率先实现了所有地市通高速，长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路网络也正在形成。以高速公路网络为依托，随着物流产业的蓬勃发展，新兴的经济带和经济圈正在东部沿海
