考虑ASD和LCR的高速公路多车道交通流元胞自动机模型

采用多车道元胞自动机模型,分析了考虑平均速度差(Average Speed Difference,ASD)和车道变换规则(Lane Changing Rules,LCR)的高速公路基本路段交通流特性。通过计算机仿真模拟,分别给出了不同车速离散度和车道变换规则条件下的微观交通流量、速度和密度的关系。研究结果表明:车速离散状况越明显,交通流整体速度下降越严重,极限状态下车速离散度使交通流整体速度下降了163%;选用鲁莽型换道规则可使高速公路基本路段的交通流密度下降18%,平均速度提升29%;提出的改进元胞自动机模型通过仿真模拟交通流,可对改善道路的通行能力、提高道路资源的利用效率提出参考依据。     

智能网联环境下多车道异质交通流建模与仿真

为探究智能网联自动驾驶车辆(Connected and Autonomous Vehicle, CAV)与人工驾驶车辆 (Human Driving Vehicle, HDV)混合行驶的多车道异质交通流运行特征,本文剖析了异质交通流中不同类型车辆的跟驰模式,提出不同类型车辆双车道及多车道换道模型,进而构建了多车道异质交通流仿真模型,并分析了不同CAV混入率下的道路通行能力及换道行为特征。研究结果表明,随着CAV渗透率的提高,单车道通行能力由1678 pcu·h-1提升至4200 pcu·h-1,交通流临界密 度由25 pcu·km-1增长至35 pcu·km-1 ,同一渗透率下不同车道数的道路通行能力及临界密度值呈现显著差异性。异质交通流换道行为呈现三阶段特征：在低密度下,不同类型车辆均可自由行驶及换道;密度在20~100 pcu·km-1 时,车辆换道频率呈“上凸”状,CAV渗透率越高,HDV凸形峰值越大,而CAV峰值较低;在高密度下,受可换道空间的约束,不同类型车辆均无法完成换道。此外,进一步讨论了不同CAV渗透率及密度条件下的异质交通流仿真效益,包括交通量提升及秩序改善特征等。研究成果有助于理解智能网联环境下多车道异质交通流运行状况,为未来异质交通流管理提供理论参考。     

封闭式道路分流影响区交通流特性研究

为解决分流影响区对道路通行能力的影响,以分析分流区的交通流特性和密度为出发点,根据HCM2000道路通行能力数据和服务水平数据来标定模型的参数,建立分流流量和减速段长度仿真模型探讨匝道分流影响区的交通流特性,以四车道和六车道为例分析匝道分流流量、减速段长度与分流影响区密度的关系,可为快速路分流区的交通规划和设计,以及交通组织和管理的改善提供理论基础。     

无信号交叉口支路车道通行能力建模与仿真

为了解决现有无信号交叉口支路通行能力模型的假设过于理想化与计算误差偏大的问题,针对无信号交叉口常见1车道与2车道支路的各种车道功能划分,基于可接受间隙理论与主路车头时距服从M3分布,分析了无信号交叉口支路大小车型构成混合车队的交通流运行特性,建立了各种支路功能划分车道的通行能力模型;利用Vissim交通仿真软件,对模型的可靠性进行检验,并对模型进行简化以加强实用性。研究表明:当主路车流量为600～1 000 veh/h时,该模型误差小于2%。     

三车道中公交车密度对交通流的影响研究

通过建立三车道上的交通流元胞自动机模型来仿真三车道中公交车对交通流的影响.在模型中引入了小汽车和公交车的行驶特性.对两种车辆的换道规则考虑了司机的驾驶心理,合理控制车辆换道的概率.通过数值模拟得到了分别随小汽车和公交车密度的增大时,公交车和小汽车流量的变化规律.说明只要合理控制小汽车密度,公交车对交通流量的影响是有限的.但是当小汽车的密度较大时,公交车密度的增大会严重影响道路的交通流量.     

信号交叉口短右车道通行能力概率模型

在交叉口设计中,部分信号交叉口共用车道的进口道部分会拓宽形成短车道,由于短车道长度的限制,存在因车辆排队溢出而造成阻塞的问题.本文考虑了交通流的概率特性,分析了短车道排队阻塞对信号交叉口通行能力的影响,以短右车道为例,建立了基于概率论的短车道通行能力计算模型.然后,建立VISSIM 仿真模型,通过典型算例对本文模型、HCM方法及仿真模型的输出结果进行比较,验证模型的准确性和有效性.进而讨论了直行车辆比重对通行能力的影响,以及短车道长度、机动车流量对短右车道交叉口车辆延误的影响.该模型对于准确计算信号交叉口短右车道通行能力有借鉴意义.     

单向非机动道路内混合自行车交通状态判别

为准确判别单向共享非机动道路内混合自行车交通流的状态,以流量和密度为表征指标,将模糊C均值聚类方法应用于状态判别,并采用统计回归方法分析道路特征参数、车辆特征参数和骑行者特征参数对交通流状态聚类中心的影响。结合杭州实测数据,将混合自行车交通流状态划分为畅通、稳定通行和拥挤3种状态,分别建立各状态下聚类中心流量和密度与车道宽度、电动自行车占比、男性骑行者占比3个特征参数之间的回归关系模型。结果表明,在稳定通行和拥挤状态下,聚类中心的流量都与车道宽度呈线性相关,稳定通行状态下的密度与电动自行车占比呈线性相关。     

降雨天气下人机混驾交通流跟驰特性研究

为揭示降雨天气下人机混驾交通流跟驰规律,从分析降雨对行车的影响入手,引入路面附着系数、驾驶能见度等参数,改进Gipps安全距离和行车加速度限制,针对不同跟驰模式建立元胞自动机模型,探寻降雨强度、渗透率双重影响的人机混驾交通流跟驰特性。数值仿真结果表明：雨天渗透率与通行能力呈正相关,但当渗透率低于0.25时,智能网联车对混合交通流平均速度、临界密度及通行能力的影响有限;当降雨强度高于0.3 mm/min时,随雨强度增大会加剧智能网联车跟驰退化,显著降低混合交通流的自由速度、临界速度及通行能力;小雨情况下,约0.1的渗透率可弥补降雨造成的通行能力损失;在中雨至大雨的降雨强度区间内,降雨强度每增加0.1 mm/min,相应提高渗透率0.1,路段通行能力可恢复到与晴天纯人工驾驶交通流相当的水平。     

智能网联异质交通流混合特性

为研究车联网环境下异质交通流的演变规律,基于改进的NaSch模型,针对智能网联化程度的前期、中期和后期分别进行仿真实验,得到交通流基本图,并分析通行能力与网联车渗透率的内在联系;其次,通过马尔可夫链证明了网联车形成的有序排列能提高道路通行能力,随机仿真实验验证了理论推导的正确性;最后,引入考虑车辆排列方式的相对熵,从而定量描述异质车流的有序性,阐明了智能网联车辆（connected and autonomous vehicle,CAV）改善交通状况的本质原因. 研究结果表明:随着智能网联车渗透率的增加,通行能力增加,在智能网联化前期,渗透率的增加对通行能力提升较小,最高仅提升23.5%,中、后期通行能力最高能提升125.0%;在一定交通密度下,CAV渗透率与流量呈现正相关,相对熵与流量呈现负相关;智能网联车处于分离态时相对熵较小,分离态对随机混合的通行能力的提升随着CAV渗透率的增加而降低.      

车辆长度和速度对双车道交通流的影响

为研究大型车辆转道及敏感驾驶行为对公路交通的影响,在SDNS(Sensitive Driving Nash)交通流模型基础上,引入长短车辆转道规则,假定双车道上同时存在长度和最大速度均不同的车辆,建立混合交通流模型.在周期性边界条件下,模拟得到当转道概率、混合比例、减速概率、车辆长度、速度等参数改变时,混合交通流的速度、流量与密度的基本图.仿真结果表明,系统临界密度、最大平均速度、流量随减速概率增加而减小;当慢速长车占总车辆比例大于50%时,更容易产生阻塞,此时车辆转道成功率小于5%;当系统中长车比例为50%时,流量峰值仅为0.42,比全小车的情况减少了20%;长车是造成转道困难的主要因素,当转道概率均为50%时,系统长车比例从25%增加至75%,转道成功率最大值由6.32%减少至2.78%.      

基于元胞自动机的竞争型换道模型

为研究车辆在换道过程中存在的互不相让、相互竞争的现象,运用元胞自动机理论,提出一种竞争型的换道模型。首先,将换道分为换道需求判断和换道实施过程两部分;然后,在需求判断中引入邻车道速度累积优势,在换道实施过程中引入竞争程度定义换道新规则;最后,在不同交通密度下对竞争换道模型进行仿真,并与自由换道和协作换道进行对比分析。结果表明：不同密度下协作换道模型得到的车流量和车辆平均速度均高于其他换道模型;在一定密度范围内,竞争换道得到的车流量和车辆速度比自由换道高;但当密度较高时,竞争换道对车辆的速度以及交通密度可能产生负面影响。这说明协作换道能提高车辆速度,有效缓解交通阻塞;而竞争换道对车辆速度的提升不明显,并且采用竞争换道对交通流有影响,有时可能会降低道路的通行能力。     

单向通道行人-自行车混合流建模及自组织现象研究

行人和自行车混合行驶是一种常见的非机动车交通组织方式,然而目前对于其混合流动力学的研究十分有限。本文基于社会力模型,提出一种面向行人-自行车混合流的混合流社会力模型(MFSF)解析行人-自行车混合流的运动机理,修正了以往研究中的自行车模型,通过实际道路上行人和自行车混合流的观测数据校准模型,构建仿真平台,最后使用仿真平台重现单向道路中行人和骑行者的自组织现象。根据仿真结果与实测数据流量-密度基本图的对比分析,验证了 MFSF模型的真实性和有效性,并可以看出,MFSF模型可以再现行人和自行车混合流的自组织现象。当行人与骑车者的比例相同时,行人和骑车者的密度越低,骑车者的车道宽度变化就越小;当行人与自行车比例变化时,骑行者的比例越大,骑行者占用的道路越宽,且骑行者的车道宽度越不稳定;如果行人输入显著减少,则自行车者车道宽度显著增加。     

四车道高速公路部分占用超车道交通控制区交通特性及通行能力研究

针对四车道高速公路部分占用超车道交通控制区开展研究，得到交通控制区各主要区段行车道和超车道上的流量分布曲线，换道方向与换道率曲线，速度分布曲线，标定 Greenshields 模型并据此确定各主要区段的道路通行能力. 研究结果表明：当交通量处于较低水平时，超车道的利用率较低，只有正常水平的20%左右，此时应对车道划分、车道设置及交通控制方式等进行优化调整；较低交通量水平下，交通控制区的平均车速、运行速度等均较高，宜使用运行速度作为限速值的取值依据；施工作业区段的道路通行能力只有正常路段的 89%左右，在保障交通安全的前提下应着力提高瓶颈路段的道路通行能力，并将瓶颈路段的断面通行能力作为是否进行强制分流的依据.     

港湾式爬坡车道路权分配研究

针对近些年爬坡车道出现的＂大车道小车用＂的现象,利用VISSIM仿真模型对不同货车比例情形下爬坡车道路段的路权方案进行试验,模拟过程中记录延误、前后车辆速度差、车速等数据,提出不同方案的适用范围。分析结果表明：在特定交通流条件下,爬坡车道路权的分配与货车比例有关,其中方案分界点货车比例为40%。     

基于元胞自动机的高速公路瓶颈交通演化仿真

为分析高速公路中道路瓶颈造成的堵塞现象,本文改进KKW (Kerner-Klenov-Wolf) 模型, 建立跟驰规则;综合考虑车间距和车速对车辆换道的影响,建立自由换道和强制性换道规则;并对高速公路中不同车流量条件下,道路瓶颈上游的堵塞区域分布、换道行为特征和车道上交通参数的变化情况进行仿真研究。结果表明：在给定的交通量条件下,汇流车道的拥堵区域长度处于动态平衡状态,不会随时间而变化,且道路瓶颈前的汇流行为会导致目标车道上严重的速度下降,汇流车道和目标车道上车辆速度变化趋同;从换道集群特征来看,道路瓶颈前因高交通流量形成的低速汇流车辆倾向于以小集团的方式统一进行换道,造成目标车道上剧烈的交通震荡;瓶颈消失后,交通恢复时间随进口交通流量的上升而线性增长。     

基于车车通信的快速路入口匝道车速控制研究

为研究车车通信技术条件下车辆通过合流影响区时的运行情况,缓解快速路交通压力,提出车车通信环境下入口匝道车辆速度控制模型。首先,分析合流影响区车辆汇合存在的问题;然后,结合合流影响区车辆行驶速度需求,确定入口匝道车辆在加速车道上可汇合位置;接着,根据入口匝道车辆和主路最外侧车道车辆分别到达合流影响区汇合点的时间,建立入口匝道车辆汇入的车速控制模型;最后,对传统环境下和车车通信环境下车辆驶过合流影响区进行仿真。结果表明,在给定的仿真时间段,车车通信环境下,主路和匝道交通量分别为1 000veh/h和400veh/h时,合流影响区的交通量提高了19.5%,入口匝道车辆的平均行驶时间节约了26.9%、平均行驶速度提高了19.7%;主路交通量为1 800veh/h、匝道交通量为800veh/h时,传统环境下合流区车辆出现排队现象,车车通信环境下无排队现象。     

强制性换道的空间特征对分流区交通流的影响

为研究车辆在多车道分流区的跟驰换道行为，将强制性换道划分为激进型和保守型.在考虑驾驶员换道需求与空间位置关系的基础上，量化两种强制性换道行为的转换条件，并给出车辆强制性换道规则；对跟驰模型中的减速度参数进行优化，建立多车道下分流车辆的跟驰换道模型；采用实际数据标定模型中关键参数，并验证模型的可行性.仿真结果表明：分流车辆的横向空间分布对交通流的干扰具有显著性影响；当分流车辆集中在最左侧车道时，中间2车道的运行速度波动明显，折减量最大时达到51.4%，恢复稳定所需时间更多；通过 4组实验场景发现，分流车辆的合理空间分布对交通流运行速度有较大的改善作用.     

轨道列车时刻表问题研究综述

广泛的实践应用和复杂的计算挑战,使得轨道列车时刻表优化问题,多年来一直是交通运 输及运筹管理学界的热点研究问题。作为轨道交通运营规划的一个子阶段,列车时刻表向上与 线路规划(或开行方案)、向下与动车组调度融合,可以得到多个延伸的研究选题。在特定的时空 网络中,列车时刻表设计就是为每个列车确定一条无冲突的运行路径,使基于用户的度量指标如 乘客候车时间,或企业的度量指标如运营费用达到最优。对于没有列车越行和停站模式给定的 情况,通过整数变量可以完整地刻画列车时刻表模型,但如果考虑列车越行或列车停站决策,则 需要引入列车在车站出发顺序或停车决策的0-1变量。一般而言,列车时刻表问题的数学模型是 一类典型的大规模、多目标、强耦合的NP完全问题。算法设计是列车时刻表问题最为重要和困 难的部分。对于问题较简单或规模较小的情况,常用方法是对原有复杂问题进行适当简化和(或) 对难处理表达式进行合理修改,然后使用先进的计算架构和商用优化软件求解更新后模型。当 然,分支定界和动态规划这两类直接分解算法,是求解列车时刻表问题的重要方法。对于问题复 杂和规模庞大的情况,以拉格朗日和列生成为代表的对偶分解算法,则是求解列车时刻表问题的 最佳选择。未来,探讨列车时刻表与各种现实需要(如设施维修),以及时变票价和客票分配等因 素之间的深度融合,是一个有价值的研究方向;其次,研究网络环境下列车时刻表问题,将是一个 非常有意义的研究选题;最后,应进一步设计集成了问题特点与现代优化技术的各类求解算法, 开发能够完全应用于实际运营的商用软件。     

基于换道概率分布的多车道交织区元胞自动机模型

交织区是快速路系统的重要组成部分，由于车辆频繁换道、相互作用复杂，容易造成交通瓶颈。本文提取城市多车道交织区时间分辨率为0.1 s、空间分辨率为0.1 m·px-1 的高精度车辆轨迹，分析交织区及相邻路段的交通流和车辆行为特性，提出分区元胞自动机模型。在上游和下游换道模型中，建立基于速度差、车辆间距的换道动机规则、间距规则及Logistic换道概率规则。对于交织影响区，建立考虑速度、间距及路径转换需求的换道动机规则，根据安全风险构建换道时机的多步决策规则，提出基于换道频率Gaussian分布模型的换道概率规则，并对主要参数进行灵敏度仿真测试分析，模型具备评估交织区不同换道状态的实际应用潜力。仿真与实测显示，本文 模型流量、速度、密度及换道分布等特性与实际相符，能有效反映车辆在不同位置的换道需求与强度差异性，刻画多车道交织区复杂的换道行为。     

不同能见度条件下高速公路车辆速度特性研究

本文以京港澳高速公路湖北省内金山-武汉南路段内的交通流检测器及其附近设置于路侧的公路气象站的历史数据为主要研究数据,针对雾天低能见度等天气因素,分析有无雾及不同能见度条件对车辆速度均值及速度离散型的影响;研究在雾天条件下,不同车道位置、不同车辆类型、不同时间时段的车辆行驶速度的差异性;基于交通流Greenshield 经典V-K关系,采用非线性回归方法,建立雾天车辆平均行驶速度综合预测模型,模型的拟合优度达到80%.研究成果对研究公路沿线能见度因素对行车安全影响,分析雾天等低能见度条件下的公路通行能力,制定雾天等低能见度条件下可变速度控制等交通控制措施具有重要参考与借鉴意义.