HMI——城市快速路发生交通拥堵的一个预警指标

借鉴定性推理中描述参数的相关方法,首先提出了描述城市快速路各车道交通流同态程度的概念——同态度量指数（Homogeneous Measure Index,HMI）,大量对快速路的实证研究得到的HMI指数反映了不同情况下交通流状态的定性差异.通过对北京环路交通拥堵发生与消散过程的观察和分析,本文发现当交通拥堵发生或消散的过程被触发时,不同车道交通流的同态度量指数HMI会发生定性跃迁变化,并且各车道交通流的同态性变化将是一个＂同态→非同态→同态＂的过程,因此可以利用这一性质,将HMI作为一个指标来对城市快速路交通拥堵是否可能发生进行预警.     

���п���·���ڱ�־λ�������о�

为了达到有效引导交通流的目的，首先从驾驶心理学的角度将驾驶员对交通标志的识别和对所驾车辆的操作过程分为7个点6个阶段进行研究，在对已有交通标志设置条件进行分析的基础上，得到了交通标志位置设置的依据，然后对驾驶员由城市快速路外侧2车道向外侧1车道的车道转变过程进行了微观分析，在此基础上利用概率论方法，得到了车辆由外侧2车道向外侧1车道汇合时操作行动距离 的理论模型，进而得到了城市快速路出口标志位置设置前置距离D的理论模型，最后通过实例计算得到了城市快速路不同设计车速下出口标志设置的前置距离．     

���п���·��ͨ����ͷʱ��ֲ����Է���

在对北京市城市快速路实测单车数据分析的基础上,本文发现对数正态分布函数可以成功地对不同速度条件下的车头时距概率密度分布情况进行拟合．运用最小二乘法对该函数进行参数估计,得到不同速度条件下的期望车头时距值以及车头时距的平均值和标准差．结合实测车头时距分布特性,经过修正,发现城市快速路上期望车头时距随速度的变化趋势与高速公路上的测量结果一致,但在定量上却要远高于高速公路上的期望车头时距．最后利用平均车头时距和单车速度绘制出流量—密度和流量—速度关系图,并具体讨论了出入口匝道对外侧车道交通流特性的影响,定量标定了谐动流和自由流相位在不同断面条件下的速度区间．     

���п���·ϵͳOD�������㼼���о�

城市快速路OD信息是进行快速路交通运营、建设绩效分析的基础,采取恰当方法推算快速路OD矩阵可以减少直接询问OD信息的工作量、避免道路拥堵及其所造成OD信息受到扰动. 本文提出了基于进出匝道交通量和部分路段交通量,以快速路单方向一对相邻进出匝道划分交通小区,应用重力模型与双约束Frator法建立高质量先验OD矩阵,借助TransCAD交通规划软件中的矩阵反推模块进行矩阵推算,多角度检验OD矩阵推算效果的系统方法,并在广州市内环路快速路系统上进行了实例验证. 结果显示,应用本文方法设定先验OD矩阵与推算OD矩阵后,拟合的路段及进出匝道上的分配交通量误差、平均出行距离与日周转量误差均较小. 表明推算OD矩阵具有较高的准确性和可靠性,该方法是适用于快速路交通流分析的一种简便可靠的方法.     

���п���·�ϻ������ȹ��ʷֲ�������ģ��

在交通油耗和排放模型的研究中,利用机动车比功率（VSP）分布刻画交通状态成为了最新研究需求. 然而,现有交通工程还缺乏对常见交通参数与VSP间关系的认识,更缺乏利用交通参数求解VSP分布的模型. 为了研究交通状态对VSP分布的影响,本文利用大量城市快速路上的浮动车数据,建立了其不同行程速度下对应的VSP分布. 经分析,发现了VSP分布与平均行程速度之间的规律性特征：当平均行程速度大于20 km／h时,VSP分布近似于正态分布;分布均值为以该速度匀速行驶时的VSP值;分布标准差可表达为平均行程速度的幂函数. 基于以上发现,提出了利用平均行程速度的VSP分布数学模型,并利用该模型进行机动车油耗测算. 通过与实测油耗的对比分析,VSP分布模型可以有效用于机动车油耗测算. 本研究指出了利用数学模型描述不同交通状态下VSP分布的可能性,该模型可有效地与交通数据或模型结合,实现油耗和排放的实时量化评价.     

330���й�����P�ռ��¹�����������ʵ֤�о�

目前针对中国城市公交复杂网络的实证研究仍然仅限于数个大城市,而对不同规模城市的公交网络在拓扑结构上是否存在不依赖于人口、社会、经济等外部因素的共性特征,以及城市公交系统演化机制的研究尚不多见.本文实证研究了330个中国城市P空间下公交复杂网络结构特征,发现度分布普遍呈指数分布,表示公交网络演化机制为随机连接而非择优连接;普遍具有较大的簇系数和较小的平均最短路径,呈现典型的小世界特征;网络同配性在N=1 000处发生相变,N>1 000的网络普遍正相关,反之负相关.C与K呈幂律下降关系,表明各城市公交网络具有等级模块性.本文研究结果可为理解城市公交系统演化规律、交通网络建模研究提供指导和参考.     

基于元胞传输模型的交通事件消散建模

介绍了元胞传输模型(CTM)的基本原理,并建立了交通事件消散时间的元胞传输模型。分析了上海市城市某段快速路交通事件发生位置处拥挤波的产生与消散,并对此问题用元胞传输模型建模并进行仿真计算。仿真结果表明,事件发生的上游形成拥挤区并慢慢向上游传递;事件清除后,拥挤波的消散较慢并会蔓延较长的距离,其消散也需要较长的时间。因此,有效的交通管理对缓解交通拥堵,减少交通延误有着重要的意义。     

������ɢʱ������OD���Ķ�̬��ͨ���䷽��

为了更确切地描述离散时间动态交通分配问题中各离散时段分配时的路网阻抗特性、更合理地反映各时段分配过程中出行者的出行行为,提出了一种基于消散周期OD量和差额OD量、分阶段分配的梯阶分配思想,它考虑了各离散时段分配前路网既有剩留交通量对后继离散时段OD用户出行选择的影响,更符合实际. 通过融合相继平均法,设计了梯阶分配算法,并据此对数据结构做了适应性补充. 示例路网下新算法与相继平均算法的数值模拟结果表明,新算法分配结果能够更为客观真实地反映现实交通中的动态现象,仿真度更高.
最后给出了梯阶分配思想在现实中的应用.     

考虑交叉口渠化区排队特征的元胞传输模型

为了更准确地描述城市道路交叉口交通流演化规律，以具有进口道展宽设计和合用车道功能设计的信号控制交叉口为研究对象，综合考虑排队消散过程、分流过程、可选择性换道和合用车道4个现实因素改进了元胞传输模型(CTM);结合交叉口的几何特征，以车道组为单位提出了路段元胞划分方法；在此基础上，调整了元胞发送能力函数对排队的消散过程，并进行了建模；在分流过程建模中引入阻塞因子来描述不同车道组空间排队的相互影响，以平衡相邻车道组空间排队为目标对过渡区可选择性换道行为进行了建模，并在合用车道建模中考虑了不同流向车流的冲突效应；结合实际交叉口，选取车道组周期最大排队长度作为评价指标，验证了改进CTM的有效性。试验结果表明：改进CTM可以同时估计不同车道组的排队长度，随着直行车流比例的增大，改进CTM的估计误差逐渐减小，不同流量场景下，路段最大排队长度的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和加权平均绝对百分比误差(WMAPE)的平均值分别小于16.43、21.36 m和13.51%;与基准方法相比，不同场景下改进CTM对路段最大排队长度的MAE的减小幅度为15.31%～90.03%,且在高流量场景下...     

����·��ͨ�ֲ�����ϵͳ�ĵ���ѧϰ���Ʒ���

本文基于快速路交通流分布参数系统模型,利用快速路交通流系统具有重复运行的显著特点,设计一种新的入口匝道分布参数迭代学习边界控制方案.所提出的方法采用带有反馈的PD-型控制律,不仅可以从以前重复过程中学习有用的知识,提高系统的控制精度;还可以有效的抑制当前运行过程中系统的量测噪声和扰动等不确定影响因素.该方法的另一个显著特点在于充分利用了快速路交通系统的分布参数模型描述,更全面地利用了系统的时空控制信息,从而提高了整个路段的控制性能.本文基于Matlab仿真进一步说明所提出方法的有效性和适用性.     

HMI: Pre-warning Index of Traffic Jam Formation on Urban Freeway

In this paper, referring to the concepts of qualitative reasoning, the concepts, such as homogeneous measure index (HMI), are utilized to calculate the cross-lane synchronized degree of the traffic flow. The actual data of Beijing Third Ring Road are collected to describe the procedure of formation of traffic jam, and the concepts proposed in this paper are used to clearly illustrate such procedure. From the empirical data of traffic flow, we find out that for a multi-lane road, before the formation of traffic jam, the HMI of the traffic flow will change abruptly and the state transition from homogeneous (H-S) to non-homogeneous state (N-S) is likely occur. Therefore, the HMI can be considered as a pre-warning index of the formation of traffic jam.     

基于智能公交的城市道路服务水平实时评价与预测

研究了城市道路服务水平评价与预测所需参数的实时处理算法和采集方式.利用城区道路上的公交车为数据动态采集单元,智能采集公交车实时运行状态数据信息,计算公交车车头时距、分析车流速度,对滤波调整预测速度与实际速度进行对比分析,建立以行车速度、行程时间、拥挤程度为评价指标的城市道路四级服务水平实时评价与预测系统.该系统能为公交车运行及其交通出行者提供管理、信息服务,适时引导交通流量合理分布,高效地利用道路网络,减少城市交通拥堵,提高交通运输效率,为城市交通规划提供依据,对推动城市畅通工程及城市交通智能化的发展,有一定参考作用.     

基于模糊C均值聚类的城市道路交通状态判别

为及时判别城市道路交通状态,考虑城市道路交通特征的差异性和交通流的波动特性,对状态指标的合理性进行分析;将交通状态划分为畅通、缓行、拥堵、阻塞4类,提出一种基于模糊C均值聚类（FC M ）判别城市道路交通状态的算法。选取车速、流量、占有率作为交通状态判断指标,根据不同指标设计3种方案,用MATLAB模糊逻辑工具箱分析出仿真数据的聚类中心,对不同指标组合下的各样本交通状态进行判断,验证算法判别的可行性。结果表明,以速度、流量、占有率为参数的FCM算法能较好地判别城市道路交通状态,精度较高。     

Property Analysis of Urban Road Travel Time

To estimate arterial link traffic condition based on probe vehicles, it is necessary to investigate the fluctuation characteristics of road travel time with traffic condition. On the basis of micro traffic simulation model, this paper analyzes the fluctuation of road travel time with traffic condition, and examines whether the mean travel time can reflect the variation of traffic conditions including free flow, congestion to traffic jam. As a conclusion, (1) mean link travel time can be used to identify free flow, congestion, and traffic jam; (2) mean link travel time divides congestion condition, but cannot subdivide free flow condition; (3) in the condition of congestion, travel time is distributed as a two-peak mode, and the average travel time is difficult to be estimated by small size sample.     

����ͨ����Ϣ�յ�Ч���ķ����о�

交通流信息诱导能提高区域交通运行效率。本文在区域交通流信息诱导建模理论基础上,基于调研数据,利用VISSIM软件对北京市西南二环内某区域交通进行仿真,对比评价交通流信息诱导措施实施前后的区域道路交通流运行状况,通过5种不同场景分析,结果显示当I.A南进口左转车受诱导量从10%增至30%时,其南进口左转车流旅行时间的降低幅度从18%变至减少42%,延误从234s降至164s,在保证对区域内其他路段干扰较小的情况下,有效缓解I.A南进口左转车流的拥堵。     

城市四交叉路口交通引导仿真系统

基于城市道路交通的拥挤和阻塞主要表现在若干个交叉路口的事实，提出了以四交叉路口为对象的交通引导仿真系统模型框架，并讨论了实际选取交叉路口应考虑的三个方面的因素。如果把每个交叉路口的车流看作排队事件，不同交叉路口的车流事件会发生冲突。轮询各个交叉路口的车流排队事件，用事件驱动状态转移与专家系统技术相结合的方法来疏解事件冲突，做出调整交通引导的决策。同时给出了仿真系统模型的目标、功能以及交叉口、车道、信号相位、信号周期等系统状态的描述。     

基于优化SVM的城市快速路网交通流状态判别

以交通流率、速度和占有率为输入参数,采用交叉验证法优化模型惩罚参数C和核函数参数γ,建立以径向基为核函数的支持向量机模型,判断道路断面交通流状态;结合设计的道路网综合状态指数,依据自由流、拥挤流和阻塞流状态下占有率划分区间,构建城市快速路网交通流状态判别方法;最后以某一区域路网为例,进行了实证性研究．结果表明：该方法对道路断面交通流状态判别精度可达92．22％;同时能够实现道路网范围内对自由流、拥挤流和阻塞流状态的判别,判别精度可达86．67％．     

����ͳ�����Եij��п���·��ͨ��״̬����

目前交通流理论研究的主要对象为高速公路，与其相比，城市快速路交通流则具有明显不同的特点。交通科学是一门实证科学，本文在实证数据的基础上，首先对城市快速路交通流速度概率分布进行了研究，分析了在不同密度条件下速度概率分布的特性。在此基础上，在流—密平面中将交通流划分为自由流、谐动流、同步流和堵塞4个稳态相位，并具体讨论了各个相位的性质，定量标定了每个相位的区域范围。     

考虑驾驶行为异质性的城市快速路合流区仿真模型

为研究城市快速路合流区车辆运行规律，基于车辆自然轨迹数据，提出考虑驾驶行为异质性的合流区元胞自动机仿真模型。模型将合流区分为上游区域、合流区域及下游区域，3个区域由11条路段组成。首先，利用Kalman滤波算法对自然轨迹数据进行降噪处理；然后，计算每辆车驾驶行为特征参数并进行K-means聚类分析，结合聚类效果评价指标Silhouette系数将驾驶行为分为：保守-谨慎型、激进-谨慎型、保守-轻率型及激进-轻率型这4种类型；最后，依据分类结果， 建立考虑加速度、随机慢化概率异质性的跟驰模型和考虑换道安全间距、换道决策的多级异质性换道模型。在各空间占有率的情境下，基于Matlab进行数值仿真，统计同质驾驶行为和异质驾驶 行为条件下，合流区域车道的流量、密度、速度、时空位置及换道频率等参数。仿真结果表明：在空间占有率为10%~20%时，同质交通流相比异质交通流更容易产生局部交通拥堵和交通流失效情境，并且同质交通流量峰值比异质交通量小27.1%；随着空间占有率的增加，同质车辆和异质车辆驾驶频率均呈现增加-稳定-下降的趋势，而异质驾驶行为换道频率的极大值比同质交通流高 20.74%。     

���е�··������ʱ������Է���

了解路段旅行时间随交通状况变化特性对利用探测车等新式交通检测技术估计交通状态非常重要.基于交通微观仿真模型,分析了路段旅行时间随交通状况的变化特性,验证了平均路段旅行时间是否能够采集通畅、拥挤到堵塞这三个状态,以及是否能细分这三个交通状态.结果表明：（1）平均路段旅行时间能够判断上述三个状态;（2）在拥挤阶段,随着交通状态恶化,平均路段旅行时间逐步增加,因此能够细分拥挤状态为多个子状态,但由于在通畅阶段,即便流量增加,平均路段旅行时间基本不变,因此无法细分通畅状态,细分通畅状态需要流量信息;（3）路段旅行时间在拥挤状态时处于双峰分布,难以用少量的探测车提供的数据可靠地估计平均路段旅行时间.