Traffic flow control on motorways for throughput maximization
Authors: Ιορδανίδου Γεωργία-Ρουμπίνη 
Published: September 2021

Η κυκλοφοριακή συμφόρηση σε αυτοκινητόδρομους αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα των μοντέρνων κοινωνιών, το οποίο οδηγεί σε αξιοσημείωτη μείωση της ικανότητας της υποδομής των αυτοκινητοδρόμων. Αυτή η μείωση ως επί των πλείστον παρατηρείται κατά τη διάρκεια των περιόδων αιχμής, προκαλώντας υποβιβασμό, όσον αφορά το χρόνο ταξιδίου, την κυκλοφοριακή ασφάλεια, την κατανάλωση καυσίμου, και τη μόλυνση του περιβάλλοντος. Μέχρι τώρα, πολλά κυκλοφοριακά μέτρα ελέγχου έχουν προταθεί ούτως ώστε να ανακουφίσουν την κυκλοφοριακή συμφόρηση. Ωστόσο, μερικά από αυτά αντιμετωπίζουν περιορισμούς, π.χ., η αποδοτικότητα του ελέγχου των ραμπών εισόδου περιορίζεται από το διαθέσιμο χώρο αποθήκευσης των ραμπών εισόδου, ενώ η καθοδήγηση σε κάποιον προορισμό είναι περισσότερο πολύτιμη σε περιπτώσεις μη επαναλαμβανόμενων κυκλοφοριακών συμφορήσεων. Ο έλεγχος της κύριας κυκλοφοριακής ροής μέσω μεταβλητών ορίων ταχύτητας έχει διερευνηθεί σε προηγούμενες εργασίες, χρησιμοποιώντας διάφορες στρατηγικές ελέγχου. Σε αυτή τη διατριβή, προτείνεται μια εκτεταμένη στρατηγική ελέγχου με ανατροφοδότηση για έλεγχο σε κύρια ροή με μεταβλητά όρια ταχύτητας, λαμβάνοντας υπόψιν πολλαπλά σημεία συμφόρησης. Η αποτίμηση της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου, χρησιμοποιώντας ένα μακροσκοπικό προσομοιωτή κυκλοφοριακής ροής δεύτερης τάξης, και η σύγκριση της με μια προσέγγιση βέλτιστου ελέγχου, για ένα πραγματικό δίκτυο, αναδεικνύει την αποδοτικότητα της. Ο έλεγχος με ανατροφοδότηση προσεγγίζει την απόδοση του βέλτιστου ελέγχου, είναι πιο εύρωστος (δε χρειάζεται μοντέλο ή προβλέψεις της ζήτησης), και μπορεί άμεσα να εφαρμοστεί στο πεδίο καθώς λαμβάνει υπόψιν της πρακτικούς περιορισμούς και περιορισμούς ασφάλειας. Η ανάπτυξη και η αξιοποίηση απλών, αλλά αποτελεσματικών, συντονισμένων και ολοκληρωμένων εργαλείων ελέγχου για κυκλοφοριακό έλεγχο σε αυτοκινητοδρόμους παραμένει μια πρόκληση. Σε αυτή τη διατριβή, προτείνεται μια γενικευμένη ολοκληρωμένη ιδέα βασισμένη σε κυκλοφοριακό έλεγχο αυτοκινητοδρόμων με ανατροφοδότηση. Βασίζεται στο συνδυασμό και την κατάλληλη επέκταση αλγορίθμων και εργαλείων ελέγχου που έχουν προταθεί ή αξιοποιηθεί σε άλλες εργασίες, όπως ο έλεγχος ραμπών εισόδου ή ο κυκλοφοριακός έλεγχος της κύριας ροής με ανατροφοδότηση με χρήση μεταβλητών ορίων ταχύτητας, και επιτρέπει την εξέταση πολλαπλών σημείων συμφόρησης. Ο νέος ελεγκτής επιτρέπει το συντονισμό δράσεων ελέγχου ραμπών εισόδου σε μία σειρά ραμπών, καθώς επίσης και τη συνεργασία με δράσεις ελέγχου με μεταβλητά όρια ταχυτήτων, προς ένα κοινό στόχο, ο οποίος είναι η μεγιστοποίηση της ροής σε σημεία συμφόρησης. Ενώ κάνει αυτό, η προσέγγιση λαμβάνει υπόψιν της μια προκαθορισμένη (επιθυμητή) εξισορρόπηση των προκυπτόμενων καθυστερήσεων ανάντι των απασχολούμενων ενεργοποιητών, μέσω ενός κατάλληλα σχεδιασμένου προβλήματος σακιδίου. Παρά την πληθώρα των προσφερόμενων διαμορφώσεων, επιλογών και δυνατοτήτων, ο γενικευμένος αλγόριθμος ελέγχου παραμένει απλός, αποδοτικός και κατάλληλος για εφαρμογές στο πεδίο. Ο αλγόριθμος ελέγχου παρουσιάζεται και αποτιμάται χρησιμοποιώντας ένα επικυρωμένο μακροσκοπικό μοντέλο κυκλοφοριακής ροής για ένα πλήθος σεναρίων. Ο ελεγκτής με ανατροφοδότηση είναι εύρωστος καθώς δεν υπάρχει ανάγκη, ούτε για πρόβλεψη της ζήτησης ούτε για βαθμονόμηση μοντέλου ή αναγνώριση των παραμέτρων του.