方捷+涂莉丽

摘 要：高速公路控制环境下路网运行状态的有效评价是各类方法实施控制的基本依据，是提高各种控制方法控制有效性的根本途径。路网运行状态的评价指标能够定量直观的反映路网运行状态，为交通出行者提供具有参考价值的路网交通信息，对高速公路管理的有效性、高速公路路网通行能力发挥的充分性起着至关重要的作用。文章通过对比国内外研究现状，分析入口匝道控制环境下的路网运行状态评价方法存在的不足，并探讨其相应的解决对策，为今后相关的研究奠定基础。

关键词：高速公路；运行状态；评价方法；单指标；多指标

中图分类号：U412 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0064-02

1 概述

随着社会经济的快速发展，基础设施建设突飞猛进，尤其是高速公路通车里程不断增加。高速公路的建设不仅加强了人与货物的快速流通、增进了社会各方面之间的联系，而且又反过来极大的促进了经济的发展。与此同时，由于汽车保有量的大幅增长，导致交通拥堵现象的频繁出现。交通拥堵一方面减少了高速公路基础设施的通行能力，另一方面造成了延误、增加了环境污染、降低了交通安全。因此，如何采取有效的措施应对交通需求压力，缓解交通拥堵问题，已经成为交通工程学科研究中最为迫切的问题之一。高速公路的交通控制系统是一个极为复杂的系统，它的交通控制方法和控制效益往往受到多方面因素的影响。高速公路交通控制方法主要有匝道控制、通道控制、主线控制等，其中最为有效且应用最广的控制方法是匝道控制。匝道控制是指以调节入口匝道信号灯的配时为手段，适当地改变从入口匝道进入高速公路主流的车辆数，以改善高速公路的交通情况，从而提高高速公路的运行效率 。匝道控制在入口匝道和高速公路与高速公路交叉口间以短时间的延迟为代价，为每个单独的道路使用者节约了大量时间。此外，匝道控制对缓解交通拥堵起到了很大作用，在很大程度上减少了拥堵的产生或缩短了交通拥堵时间，并且还具有减少交汇点的冲突和事故， 降低空气污染、 提高交通安全等功能。

虽然高速公路匝道控制的方法多种多样，但路网运行状态的分析评价是各类方法实施控制的基本依据，是高速管理部门的决策依据。本文以高速公路入口匝道控制环境下路网运行状态的评价方法为研究对象，通过对比国内外研究现状，分析入口匝道控制环境下的路网运行状态评价方法存在的不足，并探讨其相应的解决对策，为今后相关的研究奠定基础。

2 高速公路交通运行状态评价指标体系

高速路网运行状态的评价指标能够定量直观的反映路网运行状态，为交通出行者提供具有参考价值的路网交通信息，对高速公路管理的有效性、高速公路路网通行能力发挥的充分性起着至关重要的作用。

高速公路运行状态评价方法分为单指标评价方法和多指标评价方法两种[1]。

2.1 单指标评价方法

早期的高速公路运行状态评价方法大多为单指标评价方法，例如高速公路交通流——流密速关系：系统均采用路段交通量、车速、占有率为基础指标，并通过分别与预设值比较确定运行状况[2]。入口匝道控制环境下的高速公路运行状态评价大多选取总旅行时间（TTS）或总旅行距离（TTD）为评价指标。Papamichail等提出的基于非线性预测模型的分层协调匝道控制方法[3]，以总旅行时间（TTS）为控制目标来优化路网的运行效率；类似只针对控制路网运行效率的目标函数，也同样被Bellemans[4]和Hegyi[5]应用到他们的研究当中。

单指标分析方法在实际应用中能较好的直观反映路网交通运行情况，但单指标之间往往存在冲突，比如入口匝道控制情况下，往往要求高速公路路网总旅行时间最小，而要求总旅行距离最大，指标之间的冲突会影响评价结果的精度。另外，这种单一的指标方法评价路网运行状态时具有局限性，不能全面地分析路网中存在的复杂问题。因此单指标评价方法逐渐淡出研究学者的视线，越来越多研究学者投身到多指标综合评价方法的研究中。

2.2 多指标评价方法

多指标评价方法主要是选取平均车速、平均延误、总旅行时间、时间占有率等多个交通指标对路网运行状态进行综合评价。现有的匝道控制环境下高速公路路网多指标评价大多以多个指标的加权组合对路网运行状态进行综合评价。Pasquale等的研究[6]采用多指标优化函数进行路网优化控制，综合考虑了以总旅行时间（TTS）与总旅行距离（TTD）为控制目标的路网运行效率，以及以交通排放量为控制目标的路网环境效益这两个优化方向，最后以TTS、TTD以及交通排放量这三者的加权组合对控制方法实施后的路网状态进行综合评价。但是，该类方法各指标权重的确定具有不确定性，因为高速公路的交通流动力学特性在随刻变化着，不同的高速公路路段、同一路段的不同时间，各个交通指标对路网运行状态反映的重要程度是不同的。

1986年，法国经济学家Pareto从政治经济学角度提出了Pareto最优的概念。Pareto最优把本质上不可比的目标转化为单一的最优目标进行求解，Pareto最优概念的提出是单指标向多指标转变过程中至关重要的一环[7，8]。近年来，越来越多学者将Pareto最优的概念应用到多指标路网运行状态评价方法中，该类方法克服了多个指标加权组合综合评价的不足之处。例如在梁振羽的研究中，采用粒子群算法对交通效益和环境效益这两个路网状态评价指标进行求解Pareto最优，从而提升控制方法的全面性与有效性[9]。

3 结束語

目前，高速公路路网交通状态评价指标体系相对完善，交通参与者通过评价指标能够直观的感知路网交通状态。纵观以往的研究，入口匝道控制环境下的高速公路路网状态评价大部分只针对单一指标进行路网评价，缺少同时以路网机动性和安全性等多指标对路网状态进行综合评价的全面评价体系。而且多指标综合评价方法的研究中已取得的工作成果，尚未实际运用到我国交通行业的发展中来。因此，必须以我国高速公路的现状为基础，结合未来交通行业的发展规划，研究适合我国高速公路路网运行状态的分析评价方法，利用多属性综合评价方法全面可靠的分析交通运行状态。

参考文献：

[1]李琳.高速公路网交通流运行态势评估技术研究[D].长安大学，2011.

[2]明平顺.高速公路运行状况分析与对策[J].公路与汽运，1997（3）：35-37.

[3]Papamichail I， Kotsialos A， Margonis I， et al. Coordinated ramp metering for freeway networks-a model-predictive hierarchical control approach[J].Transportation Research Part C： Emerging Technologies， 2010，18（3）：311-331.

[4]Bellemans， T.， Schutter， B.D.， Moor， B.D.， 2006. Model predictive control for ramp metering of motorway traffic： a case study. Control Eng. Pract. 14（7）：757-767.

[5]Hegyi， A.， Schutter， B.D.， Hellendoorn， H.， 2005. Model predictive control for optimal coordination of ramp metering and variable speed limits. Transport. Res. Part C 13（3）：185-209.

[6]Pasquale C， Papamichail I， Roncoli C， et al. Two-class freeway traffic regulation to reduce congestion and emissions via nonlinear optimal control[J].Transportation Research Part C： Emerging Technologies，2015，55：85-99.

[7]秦壽康.综合评价原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003.

[8]郭亚军.综合评价理论、方法及应用[M].北京：科学出版社，2008.

[9]梁振羽.快速路入口匝道与可变限速协同控制策略研究[D].哈尔滨工业大学，2016.