基于尖点突变理论的高速公路交通流状态判别方法

为准确掌握高速公路交通流的运行状态及变化规律,给驾驶人和高速公路管理者提供科学决策依据,通过分析传统交通流计算模型存在的不足,对现有高速公路交通流状态划分方法和基于尖点突变理论的交通流模型进行改进,并引入混沌状态和突变区间的概念,同时添加大车混入率作为改进后的模型参数,得出不同大车混入率下混沌流状态、自由流状态和非自由流状态下的判别标准。以八车道高速公路标准路段为例,借助VISSIM交通仿真软件模拟车流的实时运行状态及变化过程,计算获得仿真情形下不同交通流状态的判别标准和方法。通过对典型高速公路代表性路段实测数据的统计分析,验证了判别标准和方法的合理性与可行性。研究结果表明:交通流在自由流和非自由流状态之间转变时,存在着一种短暂的突变,呈现出一种混沌流的状态;大车混入率对行车速度和时间占有率影响明显,可以对应获得混沌流、自由流和非自由流状态的判别标准;将仿真所获得的交通流状态界定标准与中、美高速公路服务水平划分标准进行对比,自由流状态处于二级或C级及以上服务水平,而且对自由流服务水平的标准要求更高。该方法对于高速公路运营管理、养护路段划分、安全性评价等具有科学、便捷、实用、可行的实际意义。     

基于贝叶斯多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型

为了构建信号交叉口直左交通冲突模型,利用计算机视频识别技术提取了温哥华市12个信号交叉口101h的交通冲突数据和交通流数据,考虑交通流状态对交通冲突的影响,用v/c(v为实际交通流量;c为基本通行能力)将交通流状态划分为4种场景。构建了多场景下基于多元泊松-对数正态分布的交通冲突模型和单一场景下基于单维泊松-对数正态分布的交通冲突模型,采用贝叶斯估计方法对模型参数的后验分布进行了推导,利用马尔可夫链蒙特卡罗仿真方法对模型参数进行了估计,分别利用方差信息准则(DIC)和模型期望方差对2种模型的拟合优度和精度进行了比较。研究结果表明:多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合优度优于单维泊松-对数正态分布交通冲突模型;4种场景下,多元泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度分别是传统单维泊松-对数正态分布交通冲突模型拟合精度的2倍、1.5倍、2倍和1.4倍;不同交通流状态下的冲突流量对交通冲突的影响具有差异性;若保持左转车流量不变,当直行车流量增加1%时,交通流状态场景为1,2,3,4下的直左交通冲突频次分别增加0.36%、0.56%、0.17%和0.78%;若保持直行交通流量不变,左转交通流量增加1%时,交通流状态场景为1,2,3,4下的直左交通冲突频次分别增加0.40%、0.67%、0.40%和0.51%。     

城市快速路交通流状态跃迁的实证分析

根据北京市二环路的实测数据分析了在高交通需求条件下的城市环路交通流特性,研究了交通流在临界密度附近的稳定性和车道间车流的同态性,即速度跃迁概率和车道间交通参数的偏差,结合三相位交通流理论中的同步流概念,将交通流状态划分为4个相位：自由流、高速同步流、低速同步流和堵塞,并通过实测数据分析了交通流在4种状态间的时间和空间演变规律。结果表明：分析得到的交通流状态和状态间时空变化规律,对交通流的短期预测、控制和诱导具有应用价值,同时也为分析交通拥堵机理、建立合理的交通流模型提供了理论基础。     

隧道围岩失稳的突变理论分析

本文通过探讨隧道围岩体发生塌方失稳破坏的机理,建立了隧道发生塌方失稳的突变模型,该模型可较好地解释隧道穿越软弱围岩时拱顶常发生大范围塌方的现象,具有较好的实用性。据所建立的突变模型,从刚度比、水致弱化系数比、几何一力学参数等参数进行了隧道围岩稳定性的突变分析,结果表明,水致弱化函数、几何参数、刚度比对软弱围岩体稳定性有很大的影响,分叉集上的点是系统产生失稳的点,系统受外界环境和内部性质改变时,则系统将跨越分叉集,产生突变失稳。通过深埋隧道围岩稳定性的突变理论分析,从地下水防治、超前支护、控制爆破及监控量测方面提出了深埋隧道穿越软弱围岩体引起塌方的预防控制措施,对于隧道施工具有很好的指导意义。     

基于交通流稳定性系数的高速公路交通事故实时风险预测

预测交通事故实时风险时，存在大量指标变量，导致数据难以采集，不仅不利于构建预测模型，且带来的过拟合问题会降低模型预测可靠性。为了减少预测指标数量，提升预测模型可用性，降低预测模型过拟合影响，构建具有可解释性的2种交通流稳定性系数以简化指标集，分别为纵向交通流稳定系数和横向交通流稳定系数。采集西安市G3001高速公路交通事故与交通流历史数据，选用支持向量机、随机森林、Logistic回归模型，分别构建高速公路交通事故实时风险预测模型。通过改进的GI指数评估交通流稳定性系数的显著性，以检验其有效性；通过指标集在训练与测试数据中的预测精度、AUC值差异评估交通流稳定性系数对降低预测模型过拟合的作用，并通过训练耗时评估模型的计算效率，以检验新方法的可靠性。研究结果表明:2种交通流稳定性系数对应的改进GI指数分别为0.952和0.922，显著大于其他受试指标，与交通事故实时风险显著相关。在3种预测模型中，包含2种交通流稳定性系数的简化指标集在训练和测试数据中的预测精度分别为91.1%和90.5%，与完整指标集相近。2种指标集在训练与测试数据中的平均预测精度差异分别为0.69%和4.87%；平均AUC值差异分别为1.61%和5.87%；平均训练时间下降了15.2%。交通流稳定性系数大幅提高了预测模型的可靠性，同时显著提升了模型的计算效率。      

岩溶区桥梁基桩极限承载力的突变求解方法

分析了岩溶区桥梁基桩极限承载力组成特性及桩端破坏模式,将其极限承载力分为桩侧土体极限侧阻力、嵌岩段极限侧阻力及端阻力3部分.其中,桩侧土体极限侧阻力由各土层极限摩阻力求和可得,嵌岩段极限承载力则引入Hoek -Brown岩石强度准则,采用岩体质量评价指标进行描述.而后,针对岩溶区基桩工程的特点,结合突变理论的基本概念,建立了岩溶区基桩的力学简化模型及其势能函数的表达形式,并导出岩溶区桥梁基桩桩端极限阻力的尖点突变模型的分叉集方程.在此基础上,根据下伏溶洞顶板失稳破坏条件,求解分叉集方程导得岩溶区桥梁基桩桩端极限荷载的表达式,由此提出了岩溶区桥梁基桩极限承载力的确定方法.工程实例对比分析表明该方法的可行性.     

城市快速路交通流分形预测算法的研究

根据城市快速路交通网络几何结构及交通流的混沌性,在分析交通流分形特性的基础上,应用小波系数方差法求解Hurst系数,同时建立了城市快速路交通流分形预测模型.利用实测数据,运用分形预测模型对上海市高架路的交通流进行了预测及误差分析,探讨了交流量不同状态下,即不同时段相同时间尺度,同一时段不同时间尺度;同一时段同一时间尺度下不等长数据序列的交通流分形特性及预测结果,并与传统方法进行比较,验证了模型的有效性及正确性.     

基于突变理论的道路交通事故致因机理研究

为分析导致道路交通事故发生的机理,分析人、车、路与环境整个系统在运行时其安全状态的变化过程,引入突变理论,分析导致事故发生的因素,确定恰当的控制变量与状态变量,构建燕尾突变模型.通过分析燕尾突变模型,发现一些控制变量的连续性或阶段性变化使其越过了分歧点集,是道路交通系统发生突变的直接原因;结合突变模型对交通事故案例进行分析,得出在突变理论中防止系统控制点越过分歧点集曲面也是预控道路交通事故的有效方法;通过案例分析验证,此突变模型在道交通事故致因分析中具有可行性.     

快速路汇入区瓶颈交通流早发性失效研究(第1部分):建模仿真

快速路汇入区是典型的常发性瓶颈，其交通流失效严重制约系统通行效率，影响交通安全。现有研究实证发现，大量汇入瓶颈存在早发性失效现象，这进一步加剧了瓶颈制约作用，而目前尚未有理论方法对这一独特现象进行建模仿真与致因分析。为探究瓶颈交通流早发性失效致因，系统分析了瓶颈驾驶行为新特征，并对其进行深度建模与仿真；进一步地，基于大量仿真试验，利用因果推断理论，探究早发性失效机理。作为系列研究的第一部分，重点探讨瓶颈交通流高精度建模仿真问题。基于上海延安高架虹许路汇入区轨迹数据，在对比分析现有汇入区建模仿真研究的基础上，突破传统驾驶行为建模单向交互、单次决策、单维博弈的确定性行为分析范畴，发现并定义了3类新的汇入行为：主动-回应汇入、并行式汇入、延迟汇入。根据对新行为决策过程的解耦，对汇入的动机生成、间隙选择、换道执行等各阶段均提出了全新的建模方法。进一步地，针对传统汇入仿真框架中各个阶段采用串行序贯决策的方式，忽略了驾驶人和环境状态的时变性，提出了多阶段时序决策的汇入仿真框架，并整合新汇入行为模型，形成了瓶颈交通流汇入仿真新框架。最后，基于该框架构建了汇入区瓶颈交通流仿真原型系统。该仿真原型系统能...     

基于Logistic曲线的交通流速度-密度关系建模

为了解析交通流速度与密度关系,推导出了一组交通流参数物理意义明确且符合交通流特性的通用Logistic模型.从Logistic模型本质出发,讨论速度变化率的表达形式,结合交通流实际情况修正速度变化率并引入速度上确界概念,建立了一系列Logistic模型;通过改变取值,给出了模型参数变化对Logistic速度-密度曲线的影响,并细致讨论了参数的物理意义及获取方法;最后分别采集区段和断面的全交通状态数据进行模型验证.结果表明:模型3对2组数据的拟合优度分别为0.931 3和0.970 4,该模型能够很好地描述不同状态下的交通流特性.     

地下水位变化条件下的边坡稳定性突变模型

针对地下水位升降引起的边坡岩石性质损伤,基于强度折减法位移突变临界判据及尖点突变理论,建立地下水位升降条件下边坡失稳判据。结果表明:根据岩质边坡稳定性强度折减原理,建立边坡测点位移与折减系数的函数,并推导求得边坡状态判别式Δ。地下水位升降导致边坡状态由稳定向失稳方向演化,随着岩体强度弱化,边坡不稳定性加剧。     

尖点突变模型在FRP加固SRHC柱轴压比限值中的应用

为了研究FRP(纤维增强复合材料)约束钢骨高强混凝土(SRHC)柱的轴压比限值以及对其有影响的参数,文章利用突变理论的特性和优点,对FRP约束SRHC柱的含钢率和轴压比限值的关系进行分析论证,建立了一个考虑含钢率、轴压比限值和构件性质的尖点突变模型,通过已有试验数据确定参数α、β、γ的值以及含钢率系数k值。根据已有试验数据计算出的F值与理论值比较接近。计算结果表明,以尖点突变模型拟合ρ-n-R之间的关系与实际吻合良好,可对FRP包裹SRHC柱的轴压比限值进行初步预测。     

基于投影寻踪的快速路交织区交通状态判别方法

为了准确判别城市快速路交织区的交通状态,实现交通控制策略的优化决策,基于投影寻踪模型与k-means聚类算法,研究了一种新的交通状态判别方法.以交通状态的量化分析为目标,考虑投影寻踪模型的特性,定义了交通状态系数;根据类内聚集度与异类间散度的分析,建立了聚类效果评价系数表达式;应用推导的改进式遗传算法,结合k-means聚类算法,计算获得最优投影方向与聚类中心;应用最优投影方向将新观测的交通流数据转化为交通状态系数,判定欧式距离最小的聚类中心,获得相对应的交通流状态.新方法克服了传统方法对专家经验的依赖性,解决了熵权法对小概率事件信息熵的过量估计问题,并改进了投影寻踪模型的聚类效果评价系数.仿真实验结果表明,新方法状态判别准确率为96.63%,较神经元网络和决策树算法分别提高了5.58% 和7.01%,能够准确判别交织区交通流状态.      

基于竞争失效的综合传动剩余寿命预测

剩余寿命预测是机械传动系统故障诊断和健康管理的关键。车辆综合传动装置作为复杂时变的机电系统,在高速重载的运行过程中,常存在多种失效形式和失效过程,不同失效模式间竞争失效。然而,现有综合传动装置剩余寿命预测研究中,没有将劣化失效与突发失效同时考虑。鉴于此,本文中研究基于劣化失效和突发失效竞争失效模式的综合传动装置寿命预测方法。首先,针对综合传动装置的多维监测数据,采用鲁棒核主元分析与状态空间模型融合得到整机劣化程度指标。然后,采用随机过程Wiener模型建立装置的劣化失效模型,采用Weibull分布模型建立装置突发失效模型,进一步在考虑劣化失效与突发失效相关的基础上建立了综合传动装置竞争失效模型。最后,采用最大似然估计方法估计了模型的参数,实现了综合传动装置的剩余寿命预测。实验研究验证了本文方法的有效性,能够客观描述装置的可靠度变化规律,提高剩余寿命预测的准确性。     

高桥墩-桩基结构体系屈曲的突变理论分析

在深入研究山区高桥墩-桩基结构体系屈曲机理的基础上,结合其工程特点,首先建立符合其工程特性的力学计算模型,引进突变理论与能量法原理,通过确定山区高桥墩-桩基结构体系的势函数和分叉集方程,建立山区高桥墩-桩基结构体系稳定性分析的尖点突变模型;然后通过分析山区高桥墩-桩基结构体系失稳条件,导出了高桥墩一桩基结构体系极限破坏荷载及其相应的墩顶水平位移计算公式;最后结合室内模型试验结果,对理论计算结果进行了对比分析.结果表明:试验结果与理论计算结果吻合较好,验证了该方法的合理性与可行性.     

隧道下穿施工影响下浅埋桥基稳定性的尖点突变评价方法研究

新建隧道下穿既有桥梁基础,特别是浅埋桥基时会对其产生不利影响,将尖点突变理论引入隧道下穿施工影响下浅埋桥基的稳定性评价,根据浅埋桥基系统失稳特点确定尖点突变模型的控制变量和状态变量,由尖点突变势函数推导出桥基结构的行为曲面方程,建立描述隧道下穿施工影响下浅埋桥基失稳的数学模型;然后根据该模型将桥基稳定性状态分为稳定阶段、不稳定阶段和失稳破坏阶段,并将各阶段的划分界限严格量化,作为结构的失稳判据;最后将此方法应用于某工程实例,分析结果和工程监测结果的对比表明该方法具有良好的分辨能力与准确性,为开挖施工影响下的浅埋桥基稳定性评价提供了一条新的思路与方法。     

基于Vissim的3相交通流理论应用

交通流状态演变机理的研究是交通流理论中重要的一部分.以不同交通负荷下的城市快速路路段来研究城市快速路路段交通流状态演变的机理.由于无法进行大规模交通调查,所以利用Vissim仿真软件,仿真不同交通流量下路段交通流特性的变化情况.统计分析仿真数据,研究了不同交通状态下交通流的特性,并对各个交通状态转变的阈值作了界定,标定了每一种交通状态的密度取值范围.结果表明,在不同的交通负荷下交通流呈现不同的状态,路段上的交通流状态呈现为自由流相、同步流相和宽幅运动阻塞流相3种状态.      

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.     

非均衡网络交通流动态演化规律研究

为描述非均衡网络交通流实际成本-流量状态,考虑置存成本和路段行程时间,建立行程时间动态函数,将其引入用户均衡模型,构建基于出行总成本动态、路径流量动态、路段行程时间动态的交通流演化模型。利用简单网络,采用四阶龙格库塔方法对建立的模型进行数值模拟。动态模型弹性需求下,出行成本调整范围由大到小,趋于平衡值;路径流量迅速增加后,以较小调整范围,趋于平衡值;路段行程时间迅速增加后,逐步趋向于平衡值。固定需求下的出行成本、路径流量、路段行程时间均是反复调整多次后趋近于平衡值,调整范围缩小,次数增加。算例模拟结果表明,模型能够描述网络交通流从一种非均衡状态到另一种非均衡状态的动态调整过程。     

基于自适应模糊神经网络的交通流状态预测

研究交通流状态的分类、识别与预测,建立了基于模糊聚类及模式识别的交通流状态自适应模糊神经推理系统.对大量交通流历史特征数据采用模糊聚类法进行状态分类并进行模式识别,得到系统的原始输入输出数据集.建立交通流状态预测的自适应模糊神经系统,以交通流特征数据及其识别结果作为训练数据集进行系统参数及模糊规则的训练与确定,直到误差在控制范围内,并进行系统检测和复核.仿真及其检测和复核结果表明系统预测的准确率在 95%以上.