We consider Ramp Metering (RM) at the microscopic level subject to vehicle following safety constraints for a single freeway with arbitrary number of on- and off-ramps. The arrival times of vehicles to the on-ramps, as well as their destinations are modeled by exogenous stochastic processes. Once a vehicle is released from an on-ramp, it accelerates towards the free flow speed if it is not obstructed by another vehicle; once it gets close to another vehicle, it adopts a safe gap vehicle following behavior. The vehicle exits the freeway once it reaches its destination off-ramp. We design traffic-responsive RM policies that maximize the freeway throughput. For a given routing matrix, the throughput of a RM policy is characterized by the set of on-ramp arrival rates for which the queue sizes at all the on-ramps remain bounded in expectation. The proposed RM policies work in synchronous cycles during which an on-ramp does not release more vehicles than its queue size at the beginning of the cycle. Moreover, all the policies operate under vehicle following safety constraints, where new vehicles are released only if there is enough gap on the mainline at the moment of release. We provide three policies under which each on-ramp: (i) pauses release for a time interval at the end of a cycle, or (ii) modulates the release rate during a cycle, or (iii) adopts a conservative safe gap criterion for release during a cycle. All the proposed policies are reactive, meaning that they only require real-time traffic measurements without the need for demand prediction. The throughput of these policies is characterized by studying stochastic stability of the induced Markov chains, and is proven to be maximized when the merging speed of all the on-ramps equals the free flow speed. Simulations are provided to illustrate the performance of our policies and compare with a well-known RM policy from the literature.


翻译:我们认为,在显微镜一级,RampMetering(RM)取决于车辆在单一高速公路安全限制之后能否进入,而单一高速公路有任意数目的在轨和在轨和在轨之外,车辆的抵达时间由外部随机过程模拟。一旦车辆从上压中释放,如果它不受另一车辆的阻力,它就会加速到自由流速;一旦它接近另一车辆,它就会在行为上采用一个安全差车。一旦车辆到达目的地,它就会离开高速公路。我们设计了交通反应灵敏的RM政策,使高速公路通路政策最大化。对于特定的路况矩阵而言,RM政策的到达时间是用外观来模拟的。一旦车辆从上脱落,它就会加速到自由流速的速度速度;如果它不受到另一辆车的阻力,那么,拟议的RM政策就会加速到一个同步的周期,当它到达车尾部时,它不会释放更多的车辆。 此外,所有保险政策都按照汽车的安全限制来运行, 新的路路程政策在每分钟内都显示一个正常的周期内, 。

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