智能网联环境下城市路网通行能力分析

为了探究城市路网中混有智能网联车辆(CAV)的交通流特性，研究CAV不同渗透率分布下对路网通行能力的影响。应用智能驾驶模型(IDM)和协同自适应巡航控制模型(CACC)分别作为人工驾驶车辆(HDV)和智能网联车辆的纵向速度更新规则，并建立考虑车辆到信号交叉口距离影响的横向换道规则。推导基于各渗透率等级路段占路网长度比例下的混合交通宏观基本图模型(MFD),通过SUMO仿真验证模型有效性。最后针对模型中的比例参数进行敏感性分析。结果表明：混合交通MFD可以用于异质交通流组成的城市路网宏观交通状态的有效估计与通行能力分析。当CAV渗透率均匀时，在路段渗透率高于30%时，路网通行能力提升显著；当CAV渗透率非均匀时，异质路网的通行能力随着渗透率等级较高路段比例的增加而逐渐提高，100%CAV路段比例的影响尤为显著。混合交通MFD为混有CAV的城市交通调控和CAV在路网中的路径规划提供理论参考。     

基于MFD的路网周边交通控制策略与仿真

宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagrams,MFD)是路网的固有属性,可从宏观层面监视和预测路网交通运行状态。鉴于此,该文提出基于MFD的路网周边交通控制策略,其思路是依据MFD理论确定路网的MFD,当路网交通趋于拥挤时,通过调整周边交叉口的信号配时方案(如周期、绿信比),对周边车流涌入量进行限制,使路网区域交通保持良好的运行状态。为验证该策略的有效性,以广州天河商业区为试验区域,运用Vissim交通仿真软件进行仿真建模,依据MFD相关理论和仿真数据,确定该区域的MFD,当该区域交通趋于拥堵时,根据该策略确定周边交通涌入量和入口绿灯时长,并仿真对比该区域实施该策略前后的各项交通信号控制性能指标。结果表明:当路网交通趋于拥挤时,实施周边交通控制策略后路网平均延误时间、平均停车次数、平均排队长度等交通信号控制指标得到明显改善。     

基于网络能耗与交通效率的多子区控制模型

为有效缓解较大区域城市路网交通拥堵以及减少交通能源消耗,必须对路网实施有效的控制。传统交通控制对路网OD要求较高,难以获取,而宏观基本图(macroscopic fundamental diagram,MFD),可有效避免获取OD需求的难题。因此,引入MFD,根据车流密度对非同质路网进行子区划分、建立了多子区车辆完成率高、车均燃油消耗低的双目标规划模型,并采用fmincon函数对模型求解。依据车流平衡方程和反馈原理提出了多子区燃油消耗比例积分控制(Multi-Fuel Consumption-Proportional Intrgral,MFC-PI)方法,并通过此方法来提高路网车辆完成率、降低区域内车均燃油消耗。最后,通过实际城市路网验证所提出的燃油消耗控制模型,仿真结果显示,MFC-PI控制方法可有效提高控制效率,并同时保证路网子区的能耗最低。     

基于通行能力的高速公路爬坡车道设置条件判定方法研究

为合理确定爬坡车道设置条件,采用容量算法对高速公路上坡路段的车辆折算系数进行微观交通仿真研究,得出不同交通组成、纵坡坡度和坡长条件下大型车和汽车列车的车辆折算系数;根据主导车型爬坡性能曲线得到等效坡度-坡长简化计算模型;根据车辆折算系数和等效坡度坡长,利用设计通行能力计算公式分析基于通行能力的高速公路爬坡车道设置条件。     

基于流量和出租车GPS数据的城市道路网络宏观基本图

为把握城市宏观交通状况,发掘城市道路网络交通流内在特性,从而达到缓解日益严峻的交通问题的目的,对交叉口流量和出租车GPS两类数据进行数据融合,运用宏观基本图(MFD)和广义宏观基本图(GMFD)在城市道路网络中的存在性以及二者之间存在的差异,以路网平均车辆数、路网通行能力和密度分布为指标来描述MFD和GMFD,并提出一种利用路段流量和出租车GPS数据拟合得到MFD和GMFD的方法,发现路网中密度的不均匀分布是导致路网通行能力不高的原因.针对由长沙市13个道路交叉口组成的区域路网,分别计算出分小区和分路段的MFD特征值,提出了根据存储空间能力(即临界路网平均车辆数的大小)对拥堵路网进行合理分流的方法,实现高峰时期拥堵路段的路径诱导以及路网通行能力的最大化.     

Method of Dynamic Vehicle Conversion Factors Based on Traffic Flow Characteristic Analysis

道路运行车辆在不同交通运行状态下所占有的道路时空资源的物理意义不同,为了科学反映其动态特性,吸取了传统交通流理论的学术思想,选择交通密集度作为车型换算系数的计算标准,综合分析了不同交通流运行状态下车辆占有车道空间问题,从交通流特性分析入手,定性分析车型对交通流量-密集度的影响,提出了不同车型相对应的影响系数计算方法,进而建立基于需求安全距离的动态车辆换算系数定量模型.通过数据验证和试验对比分析结果显示,动态车辆换算系数更好地反映了交通流运行中的速度-流量关系和动态特性.     

基于交通流元胞自动机模型的车辆当量换算

将一维元胞自动机模型用于模拟周期性边界条件下高速公路的车流运动,用随机慢化FI模型对一定交通环境下车流的车速与密度之间的关系进行仿真分析。探讨了不同车型和车速对道路最大流量(最大通行能力)的影响。依据不同车型在同一道路上的不同通行能力,提出了一种不同车型车辆之间当量换算系数的确定方法。在模拟仿真过程中,考虑不同类型车辆的最大行驶速度及所占空间不同,仿真模型具有不同的参数。通过计算机模拟,得到不同车型的交通流基本图,根据相同道路条件下的最大流量值,给出了以通行能力作为基准时当量换算系数的计算公式。     

面向边界控制的路网小区划分

在城市路网中,将较为拥挤的子路网从整个路网提取出来,通过边界控制调节拥堵区域的出入流,缓解拥挤区域的拥挤程度,是解决城市交通大范围拥堵的一个有效途径。作为边界控制的对象小区,具有紧凑型的宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram,MFD）是必备前提。首先利用归一分割（Normal Cut,Ncut）法将路网分割成一定数量的子路网,然后建立了在动态合并中寻找具有最优拟合度的MFD子区的数学模型。然后对模型进行分析,提出求解模型的贪婪算法。以美国爱达荷州博伊西市中心区的路网为研究对象,分析对比了该路网分别在Ji的方法和所提方法划分下的区别,发现所提方法在寻找最优MFD拟合度小区的同时也可以优化子区的密度均匀度,对路网进行合理划分。最后通过对比分析定时控制和自适应控制下小区划分结果和子路网MFD的特征发现：①最优MFD拟合度子区不仅继承了原路网的MFD基本特征,而且与原路网相比有更高的道路使用率;②非最优MFD拟合度子区的MFD特征对该子区的交通态势有一定表征;③自适应控制对路网的优化效果可在原路网和最优MFD拟合度子区的MFD特征上得到表现。     

大型车比例对城市快速路通行能力的影响研究

大型车辆的影响是混合交通流通行能力计算时无法回避的问题。传统基于大车修正系数的方法虽简单,但取值多参考国外,合理性值得研究;而基于混合交通流车头时距的模型虽考虑全面,但过多的参数影响了实际可操作性。以快速路感应线圈数据为基础,采用实测数据分析和理论推导相结合的方法探索大型车比例和快速路通行能力之间的定量关系。研究指出,随着大型车比例的增加(不超过30%时),未经车型换算的快速路单车道通行能力下降规律符合特定二次函数。     

车辆折算系数的分类及算法

提出了标准车的选择原则:车长等于约定的长度;当交通流密度很小时,以道路设计速度行驶;驾驶员遵守交通规则。定义了微观车辆折算系数:交通流全部由标准车组成时的流量与交通流全部由某种车组成时的流量之比。定义了聚类车辆折算系数:组成该类车型的所有自然车的微观折算系数与组成比例的乘积之和。定义了宏观车辆折算系数:组成混合交通流的所有自然车的微观折算系数与组成比例的乘积之和。计算了这三种车辆折算系数。     

基于一种交通状态系数的城市路网交通状态评价研究

针对以往城市路网交通状态评价研究中大多从中观角度将路口归入路段而忽略了交叉口对路网交通状态影响的问题,选取交叉口进口饱和度和路段平均行程速度作为路网状态评价的基本参数,将宏观路网交通状态评价与微观交通状态分析相结合,定义了一种新的路网交通状态系数,作为交通畅通行驶的阻抗,研究确定了路网交通状态系数临界值,提出了一种新的...     

公路接入口处驶入车辆换算系数估算方法

作为道路通行能力以及服务水平分析的关键参数之一,车辆换算系数的估算至关重要。我国现有路网尚未将接入道路纳入到技术等级体系,缺乏相应的设计规范和技术标准,接入口通常对公路路段的交通运行产生较大影响。基于公路接入口处不同类型的车辆特征,首先分析了接入口处的车辆在驶入公路路段过程中,在各种交通流状态下利用车道时间和空间资源的物理涵义。进而,以小客车作为标准车型,分别提出了公路路段上的车辆、接入口处驶入车辆的换算系数估算模型。最后,采用无人机航拍采集交通流运行数据,以郑州市G107上含多种车型的某路侧接入口为例进行了实证分析。结果表明:(1)随着路段上交通流量的增大,各驶入车型的车辆换算系数逐渐增大;且在驶入过程中所占用的车道数越多,相应的车辆换算系数值越高。(2)随着路段上交通流速度的增大,各驶入车型的车辆换算系数呈现出先增大后降低的趋势,且在速度值的40 km/h左右处分界。主要是由于交通流在稳定流状态时,车头间距亦介于自由流时的车头间距和饱和流的车头间距之间,此时接入口处的车辆在驶入公路路段时较为方便,但往往对公路路段上连续的多辆车同时产生影响,故此时的车辆换算系数值亦相对较大。     

大型车对道路通行能力影响分析

大型车占混合交通流较大比重时,现有车辆换算系数和大型车对通行能力的影响系数不能适用。本研究对大型车为主的城市道路通行能力进行了探讨,利用跟车模型,对纯小客车车流和纯大型车车流通行能力进行分析。结果表明,对于主干路以下级别城市道路,大型车换算系数规范所取的2～3偏大;根据行车速度,按纯小客车车流和纯大型车车流的通行能力比值来选取大型车换算系数更加合理;当大型车比例大于0．7时,可以用相应的的混合流量通行能力来代表。     

仿真技术在道路交通大气环境影响分析中的应用研究

交通大气环境影响分析是交通可持续性发展研究中重要的工作内容,对于道路交通规划与管理具有重要意义。采用微观交通仿真软件TSIS中的CORSIM排放模型,研究机动车车型、平均车速、车辆加减速度与污染物排放率的相关关系,提出了道路交通路网机动车大气污染物排放总量计算方法。以某城市主干道相关区域路网作为研究对象,将道路条件、交通流量、交通管理控制措施等因素集成于仿真系统中,研究机动车对相关路网道路环境的影响,利用TSIS彩色成图技术表现出路网中各个路段大气污染严重程度,评价方法直观、生动。     

仿真技术在道路交通大气环境影响分析中的应用研究

交通大气环境影响分析是交通可持续性发展研究中重要的工作内容,对于道路交通规划与管理具有重要意义。采用微观交通仿真软件TSIS中的CORSIM排放模型,研究机动车车型、平均车速、车辆加减速度与污染物排放率的相关关系,提出了道路交通路网机动车大气污染物排放总量计算方法。以某城市主干道相关区域路网作为研究对象,将道路条件、交通流量、交通管理控制措施等因素集成于仿真系统中,研究机动车对相关路网道路环境的影响,利用TSIS彩色成图技术表现出路网中各个路段大气污染严重程度,评价方法直观、生动。     

基于VISSIM的有轨电车交叉口微观仿真模型参数敏感性分析

在梳理微观交通仿真模型及其参数优化研究的基础上,针对参数标定过程中敏感性分析不足、定量分析缺失的情况,提出一种新的参数敏感性分析流程,据此确定参数敏感性系数计算方法.通过VISSIM仿真平台对北京市亦庄T1线有轨电车相关交通仿真实践发现,最大前视距离等5个参数是影响交叉口车辆运行的主要参数;控制方式是影响参数取值的一个重要因素;参数变化影响趋势分析图是定性和定量甄别参数影响的有效方法.本文所提出的参数敏感性分析方法具有流程清晰、方法简单的特点,可为有轨电车条件下微观交通仿真参数标定提供理论及实践借鉴意义.     

基于汽车道路作用空间与公路车辆当量换算系数的研究

以运行车辆为质点,提出采用汽车道路作用空间的物理分析方法来研究车辆当量系数换算问题。建立了车辆道路作用空间模型,通过大量试验数据分析和应用随机场论的分析方法,研究确定了汽车在运行过程中所表现出的横向、纵向道路作用空间特性以及与道路、交通和车型等相关因素的定量数值,并由此推算出了基本车辆当量换算系数,和基于不同公路服务水平条件下的车辆当量换算系数。     

智能网联车环境下考虑反应时间影响的基本图模型

未来年由一定比例的智能网联车与人工驾驶车辆组成的异质交通流是当前交通流领域研究的前沿和热点。为研究智能网联车与人工驾驶车辆反应时间的差异对异质交通流宏观特性的影响,基于智能驾驶员模型推导出了包含反应时间与智能网联车比例的异质交通流基本图模型。首先,考虑反应时间对驾驶行为的影响,对传统IDM进行了改进;其次,基于改进后的IDM推导出了异质交通流宏观基本图模型,并分析了反应时间与智能网联车比例对异质交通流通行能力的影响。同时,对模型中通行能力的影响因素进行了敏感性分析;最后,借助MATLAB与VISSIM搭建了智能网联环境仿真平台,对本研究提出的模型进行了验证。结果表明:(1)智能网联车比例的增大能提高异质交通流的通行能力,但反应时间对通行能力具有消极影响作用;(2)自由流速度越大,异质交通流的通行能力越大;(3)最小车头间距越大,异质交通流的通行能力越小,且最小车头间距每增加0.2 m,异质交通流的最佳密度减小约0.15 veh/km,对应的最大流量减小约10 veh/h。仿真试验显示不同智能网联车比例下的仿真数据与理论曲线有较高的一致性,从而表明理论模型是正确和有效的。     

宏观交通网络拥堵区边界最优控制

为了缓解交通拥堵,解决拥堵状态下区域交通控制问题,提出了宏观交通网络拥堵区边界最优控制方法。首先,基于同质性路网宏观基本图特性固定划分控制子区,通过分析子区之间的车辆流入、流出关系,建立了宏观网络车流平衡方程;其次,以路网旅行车辆完成率最高,同时子区边界处受阻车辆数最低为优化目标建立了拥堵区边界最优控制模型,根据最优控制确定子区边界输入、输出最佳交通流量,进而以饱和度高的边界交叉口饱和度快速降低为优化目标,提出了子区边界交叉口流量分配及信号配时参数优化方法;最后,以合肥市一环路以内的路网为测试对象,通过微观仿真分析,比较了无区域边界控制、拥堵区入口Bang-Bang边界控制、拥堵区出口与入口BangBang边界控制和最优控制4种控制方案。结果表明:最优控制条件下宏观路网运行效益比前3种方法分别提高49.17%、30.19%、71.99%,车辆行程延误分别降低21.65%、3.74%、1.94%;最优控制可有效改善拥堵区内外交通密度的均衡性;宏观路网拥堵区的边界控制可有效降低高峰期间拥堵区的拥塞程度,提高整个路网的疏散能力。     

结合改进跟驰模型的交通流元胞自动机模型

为更好地分析交通流运行规律,实现有效的交通控制和优化,提出结合改进跟驰模型的交通流元胞自动机(cellular Automata,CA)仿真模型.首先在分析正比于速度的间距倒数模型和Bierley模型特点的基础上,改进得到更符合实际的跟驰模型,进而创建的CA模型结合改进跟驰模型计算并离散化得到的加速度,进行车辆及整条车道的状态更新.通过模型仿真,得到速度差灵敏度系数λ、车辆间距灵敏度系数k和安全距离参数α不同取值时的交通流基本图和X-t时空状态图.通过仿真发现,λ,k的取值很大程度影响图形形状,而α的影响较小,同时模型仿真再现了交通流状态的动态衍化过程.通过试验验证,该模型仿真得到的Q-ρ关系曲线和实际交通流一致,且可模拟再现实际交通流的失稳、阻塞演化、走走停停等非线性交通流现象.