Title: The dynamic control of automotive traffic at a freeway entrance ramp
Abstract: The work presented in this paper concerns the design and analysis of a dynamic control system for metering automotive vehicular traffic onto a high speed urban freeway. The problem treated involves the utilization of an automatic traffic controller that regulates the entrance flow of vehicles to a rate which minimizes the total expected delay experienced by vehicles entering the roadway, subject to the restriction that the entrance flow does not cause a breakdown of flow along the highway. The study is part of the Gulf Freeway Surveillance and Control Project conducted in Houston, Texas, for the United States Bureau of Public Roads, by Texas A and M University, and all experimental results were obtained from this project.‡ Two criteria are considered in the mechanics of “ramp metering”: One involves the insertion of entering vehicles into gaps, while the second involves metering vehicles into the stream at instants dictated by the margin between observed flow and highway capacity. In either case a stochastic state model is used to study the dynamic behavior of the control system. The state of the system is determined by the number of vehicles in the queue awaiting service in conjunction with the presence or absences of a trapped vehicle on the end of the merge area. Control is exercised by the release of vehicles, that are stopped and awaiting service, as is indicated by continuous monitoring of highway flow. The basic design parameter in the system is the threshold limit at which the next vehicle is released, provided that the previously released vehicle has completed its merge. In all, several designs were investigated including: a fixed control system, with a predetermined threshold; a programmed control system, in which the threshold is varied as a function of time; and a feedback control system, in which the threshold is varied as a function of the average stream volume. The resultant control systems were or are being implemented and tested on the Gulf Freeway. Le travail presenté dans cet article concerne la conception et l'analyse d'un système dynamique de commande pour doser la circulation automobile à l'entrée d'une autoroute urbaine à grande vitesse. Le problème traité comporte l'utilisation d'un regulateur automatique de circulation qui règle la circulation d'entrée des vehicules à une valeur minimisant le delai d'attente total probable éprouvé par les vehicules à l'entrée de l'autoroute sous la reserve que la circulation d'entrée ne perturbe pas la circulation routière. L'étude fait partie du Projet de Surveillance et de Commande de l'Autoroute du Golfe réalisé à Houston, Texas pour le Bureau des Routes Publiques des États-Unis, par l'Université de Texas et tous les resultats expérimentaux ont été obtenus à partir de ce projet. Deux critères sont considérés dans le mécanisme du “dosage à l'entrée”. Le premier comporte l'insertion des voitures qui entrent dans des espaces vides, alors que le second comporte l'insertion des vehicules dans la circulation à des instants dictés par la marge entre la circulation observée et la capacité de l'autoroute. Dans chacun des cas, un modèle d'état stochastique est employé pour étudier le comportement dynamique du système de commande. L'état du système est déterminé par le nombre de vehicules dans la queue d'attente d'admission en conjonction avec la presence ou l'absence d'une voiture bloquée au bout de la zône de jonction. La commande est éxercée par la libération de voitures arrêtées en attente d'admission selon les indications de la surveillance continue de la circulation routière. Le paramètre de calcul fondamental du système est le seuil auquel le vehicule suivant est libéré sous la reserve que le vehicule précédent a terminé sa fonction. Dans l'ensemble, plusieurs conceptions ont été expérimentées comprenant: un système de commande fixe avec un seuil prédéterminé, un systéme de commande programmé, dans lequel le seuil est modifié en fonction du temps, et un système de commande à réaction, dans lequel le seuil est modifié en fonction du volume moyen de la circulation. Les systèmes de commande qui en ont résulté ont été ou sont appliqués et essayés sur l'Autoroute du Golfe. Die Arbeit bezieht sich auf den Entwurf und die Analyse eines dynamischen Regelungssystems zur Überwachung des Verkehrs auf einer Stadtautobahn. Das behandelte Problem besteht in der Ausnutzung einer automatischen Verkehrsregelung, die den Zufluß der Fahrzeuge am Eintritt reguliert, und zwar so, daß die erwartete Verzögerung der auf die Einfahrt wartenden Fahrzeuge minimiert wird und daß andererseits der Fluß der eintretenden Fahrzeuge keine Störung des Verkehrsflusses auf der Autobahn verursacht. Die Studie ist ein Teil des Golfautobahn-Überwachungs- und Regelungsprojektes, das in Houston/Texas durch die Texas A und M-Universität für das Straßenbauamt der U.S.A. ausgeführt wurde. Alle experimentellen Daten sind dem Projekt entnommen. Für den Vorgang der Auffahrtdosierung wurden zwei Kriterien in Betracht gezogen. Eines beruht auf dem Einsatz der einfahrenden Fahrzeuge in Verkehrslücken und das andere in der Dosierung der Fahrzeuge in den Verkehrsstrom in Zeitabschnitten, die durch den Spielraum zwischen dem beobachteten Verkehrsfluß und der Autobahnkapazität bedingt sind. In beiden Fällen wird ein stochastisches Zustandsmodell benutzt, um das dynamische Verhalten des Regelungssystems zu studieren. Der Zustand des Systems ist durch die Anzahl der Fahrzeuge, die in der Warteschlange auf Einfahrt warten und durch die An- oder Abwesenheit eines Fahrzeugs bestimmt, das am Ende des Streifens, in dem die Zusammenführung steckengeblieben ist. Die Regelung wird durch das Ablassen der aufgehaltenen und der dies erwartenden Fahrzeuge ausgeübt, und zwar auf Grund des stetig ermittelten Verkehrsstroms auf der Autobahn. Der wesentliche Parameter des Systementwurfs ist der Schwellwert, bei dem das nächste Fahrzeug abgelassen wird (vorausgesetzt, daß das vorher abgelassene Fahrzeug in den Verkahrsstrom eingetaucht ist). Einige Entwürfe wurden untersucht, u.a ein starres System mit vorgegebener Schwelle, ein programmiertes System, bei dem die Schwelle als Funktion der Zeit variiert und ein Regelungssystem, in dem die Schwelle als Funktion der mittleren Verkehrsdichte variiert. Die resultierenden Regelungssysteme wurden oder werden auf der Golfautobahn eingeführt und getestet. Oпиcaннaя в нacтoящeй cтaтьe paбoтa oтнocитcя к paccчeтy и к aнaлизy динaмичecкoй yпpaвляющeй cиcтeмы для впycкa aвтoмaшин нa мeждyгopoднoe cкopocтнoe шocce. Paccмaтpивaeмaя пpoблeмa иcпoльзyeт aвтoмaтичecкий peгyлятop движeния кoтopый ycтaнaвливaeт вчoднoe движeниe aвтoмaшин нa знaчeнии минимизиpyющeм вepoятнyю вaлoвyю длитeльнocть oжидaния иcпытывaeмyю aвтoмaшинaми нa вчoдe нa шocce c oгpaничeниeм зaключaющимcя в тoм чтo вчoднoe движeниe нe дoлжнo пpинecти пoмeч шocceйнoмy движeнию. Изyчeниe этoгo вoпpoca cocтaвляeт чacть Пpoeктa Haблюдeния и Упpaвлeния Шocce зaливa ocyщecтвлeннoгo в Чюcтoнe, Teчac, для Бюpo Hapoдныч Шocce Coeдинeнныч Штaтoв, Унивepcитeтoм Teчaca и вce экcпepимeнтaльныe peзyльтaты были взяти из этoгo пpoeктa. Б мeчaнизмe “вчoднoгo дoзиpoвaния” paccмaтpивaютcя двa кpитepия. Пepвый из нич иcпoльзyeт paзмeщeниe вчoдныч мaшин в cвoбoдныe пpoмeжyтки, в тo вpeмя кaк втopoй иcпoльзyeт включeниe aвтoмaшин в движeниe в мoмeнты oпpeдeляeмыe paзницeй мeждy нaблюдaeмым движeниeм и пpoпycкнoй cпocoбнocтью шocce. Б кaждoм cлyчae иcпoльзyeтcя cтoчacтичecкaя мoдeль cocтoяния для изyчeния динaмичecкoгo пoвeдeния yпpaвляющeй cиcтeмы. Cocтoяниe cиcтeмы oпpeдeляeтcя чиcлoм aвтoмaшин в чвocтe oжидaния впycкa, в cвязи c пpиcyтcтвиeм или c oтcyтcтвиeм aвтoмaшины в зaтope в кoнцe зoны пpиcoeдинeния к движeнию. Упpaвлeниe ocyщecтвляeтcя ocвoбoждeниeм aвтoмaшин зaтopмoжeнныч в oжидaнии впycкa в cooтвeтcтвии c yкaзaниями пocтoяннoгo нaблюдeния зa шocceйным движeниeм. Ocнoвным пapaмeтpoм paccчeтa cиcтeмы являeтcя пpeдeл зa кoтopым ocвoбoждaeтcя cлeдyющaя aвтoмaшинa пpи ycлoвии чтo пpeдыдyщaя aвтoмaшинa yжe зaкoнчилa cвoe пpиcoeдинeниe к движeнию. Б oбщeм, были иcпpoбoвaны мнoгиe кoнцeпты включaющиe: жecткyю yпpaвляющyю cиcтeмy c зapaнee oпpeдeлeнным пpeдeлoм, пpoгpaммиpoвaннyю yпpaвляющyю cиcтeмy, в кoтopoй пpeдeл измeняeтcя в зaвиcимocти oт вpeмeни, и yпpaвляющyю cиcтeмy c oбpaтнoй cвязью, в кoтopoй пpeдeл измeняeтcя в зaвиcимocти oт cpeднeгo oбъeмa движeния. Бытeкaющиe из этoгo cиcтeмы yпpaвлeния были ocyщecтвлeны и иcпpoбoвaны или ocyщecтвляютcя и иcпpoбyютcя нa зaШocce ливa.
Publication Year: 1970
Publication Date: 1970-05-01
Language: en
Type: article
Indexed In: ['crossref']
Access and Citation
Cited By Count: 10
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