路段交通流的动力学模型及其仿真

引入超车换道流量,建立了相应的交通流连续性方程。通过对交通流参数的微分分析,建立了路段交通流的运动微分方程。与流体力学对比,根据牛顿第二定律,提出了计算简便的交通压力、粘性阻力系数及粘性阻力,定义来自下游交通波的干扰为交通流的粘性,波速与最大波速之差为沿程粘性阻力系数,沿程粘性阻力与车道长度、流量沿车流方向的变化率、沿程粘性阻力系数成正比,模型能够得出交通流参数之间的关系。仿真实例表明:模型能够反映交通流的基本特性。     

路段交通流无超车换道的动力学模型及其仿真

通过对交通流参数的微分分析，建立路段交通流的运动微分方程和欧拉方程，与流体力学对比，根据牛顿第二定律，提出计算简便的交通压力和粘性阻力系数及粘性阻力，定义来自下游交通波的干扰为交通流的粘性。波速与最大波速之差定义为沿程粘性阻力系数。沿程粘性阻力与车道长度、流量沿车流方向的变化率和沿程粘性阻力系数成正比。模型能够得出交通流参数之间的关系。仿真实例表明，模型能够反映交通流的基本特性．     

连续交通流模型的有限差分近似解法分析

连续交通流模型是一个双曲线型偏微分方程式,不易求解,因此一般通过有限差分法近似求解。以均匀到达车流遇停等车队产生向上游回溯冲击波,以及停等车队起动向下游疏解这2种严苛交通案例,研究Lax-F差分法对不同阶连续交通流模型的适用性分析。分析结果表明:Lax-F有限差分法无论是针对1阶准线性连续交通流模型(即LWR模型)还是高阶连续交通流模型,均能获得与解析解相近的近似解,且具有较好的稳定性与收敛性,适用性也良好。     

基于稳定性和宏观交通流模型的车辆路径规划

为了提升车辆的安全性和能量利用率,从路径规划的层面出发,针对避免车辆遇到极端工况及低效率工况的问题,提出将车辆稳定性判据模型和交通流模型相结合的方法来规划车辆路径,使得车辆在路面湿滑情况下实现快速、安全的行驶。使用交通流模型预测车辆未来将要面临的交通环境变化,再使用稳定性判据模型评估未来交通的安全性,以便为混合动力车辆规划出最快且最安全的路径。具体来讲,为了预测混合动力车辆未来将要面临的车速及车流密度的变化,使用通量矢量分裂格式求解广义Aw-Rascle-Zhang（GARZ）宏观交通流模型。此外,使用驾驶人在环仿真平台PreScan,收集了同一驾驶人在不同车速及不同相对前车距离时给出的前轮转向角响应。基于前轮驱动（FWD）前轮转向（FWS）车辆和全轮转向（AWS）分布式驱动车辆（DDV）的Simulink模型,给出了不同前轮转向角对应的轮胎力饱和因子（δ_TFSC）响应。使用人工神经网络训练不同车速和车流密度对应的δ_TFSC,建立了车辆的稳定性判据模型。使用新建立的稳定性判据模型对交通流模型预测的参数（车流速及车流密度）进行稳定性评估。然后,基于以上的方法优化了车辆行驶路径,以确保车辆在湿滑路面上的行驶安全。最后,使用US-101真实交通流数据来验证交通流模型的预测结果。经实例验证得出：交通流模型与车辆横向稳定性判据模型相结合可以从路径规划的层面保证车辆安全行驶并提升交通系统的通行效率。     

车辆在曲线路段的交通粘性力学模型分析

分析曲线路段对道路通行能力的影响,将交通流比拟成流体流,运用流体力学理论,基于车辆的平均密度、平均速度及速度参数,求出车辆在曲线路段的粘性阻力,建立车辆在曲线路段的交通粘性力学模型。     

城市道路交通流离散模型优化分析

研究信号控制干道不同交通流状态下路口间车流离散模型。针对我国特有的机非混行、机动车交通流车辆构成复杂等交通特性,首先基于实际调查数据分析交通流离散特性,然后对Robertson几何分布交通离散模型进行修正,考虑下游到达车流与上游驶出车流的相关关系,提出3种线性回归模型。最后将多个模型的预测效果进行对比分析,结果表明,在所试验的路段条件下,考虑上游对应时段车流到达、上游对应时段的前一时段车流到达、上游对应时段的后一时段车流到达、下游前一时段车流到达的四元线性回归模型在不同的交通流状态下,能够更好地拟合车流离散规律。     

机非混行平面交叉口交通设计理论研究

对机动车与非机动车混行条件下平面交叉口的交通设计进行深入、系统地研究。在分析大量实测数据的基础上,对信号控制交叉口自行车交通流的运行特征进行分析,建立自行车交通流的相关模型;在理论分析和实践的基础上,形成机非混行平面交叉口交通设计理论与方法。这些理论与方法的建立将为解决城市混合交通问题奠定基础。     

城市交通路段机、非混合运行速度特性分析

近年来,交通问题受到了国内外专家们的重视,提出了各种各样的交通流模型,其中元胞自动机(cellular auotmation,CA)交通流模型的研究受到了广泛的关注.但是通常在元胞自动机模型中并没有考虑非机动车,然而机、非混合路段在我国大量存在.文中提出的机非混合元胞自动机模型模拟了3种车辆(长车、短车、非机动车)在混合路段上的运行,分别对3种车辆在不同密度、混合比例的情况下进行了计算机模拟,最后对运行的数值结果进行分析.该模型能够更加合理的描述机、非混合道路上车辆运行的状况,并且更加符合我国交通流中大量非机动车存在的特点.     

智能网联车辆跟驰模型及交通流特性研究

智能网联车辆(Intelligent and Connected Vehicle,ICV)跟驰模型是研究ICV交通流特性的基础模型,针对ICV跟驰模型的建模及交通流特性开展研究。分析现有ICV跟驰模型存在的缺陷,考虑模型结构简洁且参数物理意义明确的特性,提出新的ICV跟驰模型。理论推导本文ICV跟驰模型以及原跟驰模型的基本图函数关系式,对比分析通行能力的影响,考虑周期性边界条件,设计数值仿真实验,仿真分析ICV的混入对混合交通流稳定性的影响。研究结果表明:本文所提ICV跟驰模型能够克服原模型通行能力受恒定车头时距影响较大的缺陷,相比原模型而言,本文ICV跟驰模型通行能力随自由流速度的变化幅度较显著,与实际车流运行特性相符合,同时,ICV有利于混合交通流稳定性的提升,当ICV比例达到60%时,混合交通流由不稳定状态转变为稳定状态。研究结果论证了所提ICV跟驰模型具备良好的模型特性,可为智能网联环境下的交通流特性分析提供模型参考。     

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。     

城市公交车与社会车辆混合流速度模型及交通运行状态分析

为了精确解析城市公交车和社会车辆混合运行的状态,在基本路段车速模型适用性分析的基础上,引入公交车流量、社会车辆流量、公交车比例等参数,建立了改进的混合机动车运行速度模型,分别选取单向二车道和单向三车道路段进行交通试验调查,采用Metrocount 5600气压管式车辆分型系统进行数据采集并用于改进模型的参数标定,并分别建立了2种车型的速度差模型,提出了路段混合车流3种不同交通运行状态的评价方法。研究结果表明：同等车流量情况下,不同公交车比例对社会车辆速度的影响表现为3个显著的变化区间;随着路段饱和度的增加,社会车辆和公交车之间的速度差呈现出从几乎不变、快速缩小到接近于零3个较为明显的运行状态;考虑车流组成中公交车比例的变化可以细化路段车流畅通状态、拥堵形成状态以及拥堵状态的判别。     

智能网联环境下的混合交通流LWR模型

LWR（Lighthill,Whitham and Richards,LWR）模型可推演交通流宏观状态演化过程,在智能网联环境下混有协同自适应巡航控制（Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC）车辆混合交通流LWR模型的研究,可为该混合交通流的宏观动力学特性分析提供理论工具。应用加州伯克利PATH真车试验验证的CACC模型作为CACC车辆跟驰模型,采用智能驾驶人模型（Intelligent Driver Model,IDM）模拟驾驶人在智能网联环境中的"智能"驾驶特性。基于不同CACC车辆比例下的混合交通流基本图,证明混合交通流基本图的切线斜率为交通波在混合车队中传播的波速,建立混合交通流LWR模型的一般性解析框架,得到混有CACC车辆的混合交通流LWR模型。最后,针对LWR模型冲击波特性,在6组平衡态条件下进行数值仿真试验。研究结果表明：所建立的混合交通流LWR模型可较好地描述不同CACC车辆比例时冲击波在混合车队中的传播波速;冲击波波速理论值与仿真均值的相对误差基本控制在10%以内,当冲击波处于由正向波转变为反向波的过渡阶段时,相对误差较大,为19%~26%,但绝对误差仍然较小。研究结果一方面可为混有CACC车辆的交通流宏观状态演化提供理论参考,具有推动该混合交通流其他宏观模型研究进展的积极作用;另一方面,建立的混合交通流LWR模型解析框架能够适应CACC车辆与人工-网联车辆跟驰模型选取的多样性,同时可为其他类型混合交通流LWR模型的建立提供理论支撑。     

高速公路合流区上匝道混合车流通行能力经验计算法

研究高速公路合流区上匝道混合车流的通行能力的计算问题。利用已有的高速公路合流区外侧车道交通特征分析结论,推求在外侧车流不同车头时距分布特征下的上匝道混合车流汇合概率模型。运用回归技术和统计方法,建立了加速车道合流点分布概率的实测经验模型。对可接受间隙理论的原型进行了形式上的修正,最终建立高速公路合流区上匝道的混合车流通行能力经验模型,它是主路交通量、匝道交通量、加速车道长度、匝道混合车流比例以及各自的临界间隙和随车时距的函数。最后结合实例介绍经验模型的数值积分求解方法,并证实该经验计算方法具有较高的实效性和可操作性。     

基于满意控制的动态交通分配模型研究

城市交通意外事件易诱发局部交通路网拥堵,为防止交通状况恶化,需采取相应的交通控制、诱导手段。针对交通意外事件造成城市交通路网运行状态突变的现象,从用户平衡原理出发,提出了基于满意控制理论的动态交通分配模型。该模型不仅考虑了动态交通分配过程中各种常规的要求(目标、约束),还考虑了动态交通分配的易操作性和交通流控制、疏导过程中的安全性。通过该模型可寻找易于求解及实现的满意解,快速、平稳地实现区域内交通流的正常运行。算例表明该模型及其算法能够快速获得满意解,有效地解决交通状况突变情况下的动态交通分配问题。     

环形交叉口多车型混合车流的通行能力模型

已有的环形交叉口通行能力模型是假设车流为单一车型车流,而实际运行的车流多为混合车流,因而建立多车型混合车流的通行能力模型是十分必要的。本文运用间隙接受理论,通过概率分析方法,考虑环形交叉口多种混合车型条件下的通行能力,从而建立了环形交叉口的通行能力模型,并且通过迭代得出环形交叉口混合车流条件下总的通行能力,发展了混合车流通行能力理论。通过与已有模型的通行能力和观测通行能力的对比分析可知,该模型的理论通行能力与观测通行能力更加吻合,并为环形交叉口通行能力计算提供了理论依据。     

不同渗透率下自动驾驶混合交通流在天气条件影响下的通行能力建模

随着世界范围内对自动驾驶汽车及其相关产业发展的高度重视,自动驾驶车辆上路已成为重点领域协同创新、构建未来交通系统的重要载体。本文主要研究自动驾驶车辆不同渗透率参与的混合交通流受场景天气条件的耦合影响因素下的复杂车辆行为逻辑分析,影响机理解析,跟驰模型及通行能力模型构建等。最后我们通过SUMO仿真实验对模型进行嵌套及分析,以期对自动驾驶汽车在测试及上路引导中起到重要理论决策依据。     

智能网联混合交通流交叉口控制：研究进展与前沿

交叉口是城市道路交通运行的瓶颈点，是造成交通拥堵的问题所在。交通控制是调控交通流、预防和缓解交通拥堵的关键策略，在效费比上具有较大优势。智能网联、自动驾驶技术的发展催生了常规车辆(Regular Vehicle, RV)、网联车辆(Connected Vehicle, CV)和智能网联车辆(Connected and Automated Vehicle, CAV)组成的智能网联新型混合交通流，推动着城市道路交通控制对象、数据环境和控制手段的变革，为交通控制提出巨大挑战的同时，也为交通控制理论方法的创新发展创造了新的条件。智能网联混合交通流交叉口控制已成为国内外研究热点，尚处于研究起步阶段。根据路权特征，先从单点交叉口、干线交叉口和路网多交叉口3个层面梳理智能网联混合交通流环境下的共用设施交叉口控制研究，包括交通信号配时、车辆轨迹/路径规划以及车辆轨迹-信号配时协同控制。然后介绍自动驾驶专用设施交叉口控制研究，包括CAV专用车道、CAV专用路段、CAV专用区域和快速公交-CAV混合专用车道。通过对现有成果的梳理发现：虽然新型混合交通流交叉口控制研究取得了部分进展，但RV驾驶行为的随机性、...     

双向混合交通OD分布与用户平衡配流组合模型及算法

传统四阶段法中,运量分布与均衡配流这2个阶段独立进行。在此背景下,基于我国城市道路机动车与非机动车混合双向行驶的特点和交通网络中各地区发展的不平衡性,借助于引力模型,建立了带有双约束的双向混合交通运量分布与均衡配流组合模型。在此基础上,进一步利用最优化的知识证明了模型的一阶条件与Wardrop用户平衡条件等价、模型解的惟一存在性及其OD流量满足运量分布的引力模型。给出了求解模型的具体算法,并通过算例证明了模型的一阶条件等价性。