随着社会经济的不断发展,高速公路已经成为城市道路交通系统的不可或缺的一部分。当交通需求较高的时段,容易出现交通拥堵现象,高速公路拥堵现象已经成为世界范围的严重问题,无论从经济、安全,还是从环境角度,改善交通拥堵状况,提高通行能力都是一个亟待解决的重要课题。同时,如何利用复杂网络及其同步理论研究交通流的控制问题,从而为交通管理提供决策支持已经成为学科发展的新趋势。多入口匝道协调控制能够有效抑制连续交通流道路交通拥堵,提高通行效率实现节能环保。现有的多入口匝道协调控制模型存在求解过程冗杂、控制效果依赖于预测精度、缺乏反馈机制、较难在大规模网络中应用抑或需提前指定协调控制信号施加范围等不足,涉及复杂网络系统理论及其同步控制的模型中不涉及对高速公路的多入口匝道协调控制研究。因此,本文提出基于元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)和复杂网络理论的高速公路节点耦合模型,并验证其同步性。以北京市六环路为研究对象,对拥堵下的高速公路的协调控制进行研究,提出了新的控制方法,主要涉及以下几个方面的内容:(1)高速公路路段改进型元胞传输模型(Modifed Cell Transmission Model,MCTM)的建立。在传统CTM的基础上,结合高速公路交通流特性,建立了各元胞长度不同的MCTM。(2)高速公路节点耦合模型的建立。在MCTM的基础上,结合复杂网络特性,将整个高速公路路网看作一个系统,将由入口匝道元胞、出口匝道元胞和与之相连的一段主线元胞当作一个子系统作为高速公路复杂网络的节点,分别建立了高速公路单节点状态转移模型和基于复杂网络的高速公路节点耦合模型。(3)基于复杂网络同步的高速公路多入口匝道协调控制器设计。提出一种不同于传统匝道协调控制的方法,即基于复杂网络同步的牵制控制的匝道协调策略,设计了实现网络同步的牵制控制器,详细介绍了控制器的结构和工作原理,并推导了系统同步的稳定性条件,并据此得到牵制节点和反馈增益矩阵,证明了基于牵制控制的协调控制策略的有效性。(4)实验分析。结合北京市六环进行交通流仿真实验,研究拥堵状况下的高速公路协调控制。分别对实验对象不施加控制信号、施加牵制控制信号、牵制控制和可变速度限制信号、全局控制信号、和CORDIN算法控制信号,通过对密度、总出行时间和控制时间等指标作比较,验证本文提出的多入口匝道协调控制方法的有效性。