城市快速路作为大和特大城市道路网络的骨架,具有速度快、流量大等特点。但作为一个非线性特征广泛存在的复杂巨系统,其交通流中又广泛地存在着混沌、分形等非线性现象。交通流一旦出现混沌现象,如果任其发展而不加以管理控制就可能导致交通流无序,即出现道路交通拥堵现象。如果能够快速识别出交通流是否混沌,并在交通流混沌的基础上及时采取相应的交通管理与控制等措施,即进行交通流混沌控制,使原本混沌的交通流迅速回到通畅(有序)状态,从而达到保证交通安全、避免交通拥堵进而实现提高道路通行能力的目的。现有交通流混沌识别方法对样本数的要求高,计算量较大,实时判别需要的时间长,不能满足实际应用于交通流实时在线控制的要求,且均不涉及复杂网络系统理论及其同步控制。同时传统协调控制中多入口匝道协调控制效果最明显,但存在模型复杂求解繁琐、依赖于预测精度、不具备反馈机制、难于大规模网络应用抑或需提前指定协调控制信号施加范围等不足,基于此,本文通过对交通流特性以及道路复杂网络特性的分析,尝试建立了一个基于元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)的城市快速路复杂网络耦合模型,并通过仿真实验,以天津市快速路西北半环为研究对象,寻找高峰情况下最有效的控制策略,为具体的交通管理与控制提供决策支持。主要工作可概括为以下几个方面:(1)在借鉴国内外学者已有研究成果的基础上,深入分析了城市快速路的交通流特性、交通流混沌识别方法和混沌控制原理以及道路复杂网络特性。为城市快速路建立复杂网络节点耦合模型提供理论基础。(2)在已有的CTM、可变元胞传输模型(Variable Cell Transmission Model,VCTM)的基础上,考虑了城市快速路交通流特性以及复杂网络特性,建立了包含入口匝道、出口匝道、立交桥和主线元胞等不同组合的城市快速路节点耦合模型,并分析不同组合下交通流变化。为研究城市快速路混沌协调控制提供了模型基础。(3)在已有协调控制器设计的基础上,提出以控制混沌为目标的多入口匝道混沌协调控制方法,并确定控制策略,其中牵制节点对应需施加控制信号的入口匝道,推导出城市快速路网络系统同步的稳定性条件,以此得到牵制节点和反馈增益矩阵。(4)以天津市城市快速路西北半环为研究对象,对城市快速路的复杂网络的同步控制进行研究,在实验对象交通需求变化的情况下,分别采用混沌牵制控制、全局控制和CORDIN控制等控制算法对其进行控制,并对这些控制方式的控制效果进行比较。实验表明:采用本控制方式可以最小的控制范围代价达到抑制交通拥堵提高道路通行效率的目的,效果优于传统协调控制方式,可进一步推广到大规模城市快速路。