基于社会力模型的无车道划分异质交通流研究

考虑当前针对无车道划分时的交通流特性研究较少,而且没有考虑车辆类型的异质性,因此本文基于社会力模型提出了一个无车道划分异质交通流模型.利用仿真软件Matlab搭建仿真平台,分析所建立模型的特性,以及道路条件、大车比例对交通流的影响.结果表明,本文所建立的交通流模型能有效地模拟无车道划分情况下的异质交通流特征.在无车道划分时,道路通行能力和平均速度会随着道路宽度减小而减小,当道路宽度小于7m时,通行能力会急剧下降.当交通流密度比较低时,增加大车比例对道路通行能力和平均速度影响很小;当交通流密度比较高时,大车比例的增加会降低道路通行能力,但交通流会变得更加稳定.     

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为了研究驾驶疲劳对道路交通流运行状态的影响,提出了一种改进的一维元胞自动机交通流模型.在周期性边界条件下,通过分析驾驶员的疲劳特性,考虑驾驶疲劳对驾驶员驾驶行为的影响,分别对疲劳车辆与正常车辆制定各自的演化规则,并以此对车辆进行状态更新,以建立改进的交通流模型.通过计算机仿真实验,得出不同疲劳车辆比例下车流密度、速度与流量的关系数据,并分析了疲劳车辆对交通流安全性的影响.仿真结果表明,对于本文改进的模型,随着道路上疲劳车辆比例的增加,交通流的拥堵呈分散趋势,车辆的拥堵频率显著提高,整体车流的安全性有所下降.同传统的SDNaSch模型相比,能够更好地描述道路交通流的实际运行状态.     

基于期望车速的跟驰模型研究

期望车速是驾驶员驾车过程中依据道路条件、车流状况、所驾驶车辆性能等因素,经综合考虑后存在于自身心目中并认为可以实现的一种＂目标车速＂,它对行驶车辆的实际行车速度高低产生影响。为了反映车辆运行过程中不同驾驶员运行车速选择的差异,本文提出了基于期望车速的跟驰模型。该模型能够解释不同驾驶员在相同道路条件下选择不同行车速度的原因。在建立模型的基础之上,作者讨论了保持交通流稳定性的充分和必要条件。最后,文中给出了应用实例。结果表明：当驾驶员的期望车速接近均衡车速时,交通流是稳定的;反之,当驾驶员期望车速与均衡车速差异较大时,交通流的稳定性可能下降。     

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错位交叉口交通特性研究对于制定合理有效的错位交叉口交通管控策略具有重要意义.针对无灯控错位交叉口交通流间的冲突过程分别建立了相应的元胞自动机行为规则,进而应用上述规则对不同参数设置下的交通流演化过程进行数值模拟,并分析和讨论了主路进口道交通流密度变化对不同路段交通流平均速度的影响.研究结果表明,错位交叉口主路上较小的车流密度也能导致主路进口道及两T型口中间路段发生交通堵塞,每个T型口主路进口道交通流量变化会对另一个T型口主路进口道交通流平均速度产生较大影响,此外,无灯控下的交通堵塞也会呈现周期性的排队-消散过程。上述方法及结果可为错位交叉口实施信号控制提供有意义的指导.     

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密度是判别交通流状态的一个重要参数,但是在实际中取得交通流密度却相当困难。本文提出了一种利用定点检测器数据（流量和时间平均速度）来获取交通流密度的方法。该方法首先利用了交通工程学的知识,将时间平均速度转化为空间平均速度,然后根据交通流理论中的流密速关系,求解交通流密度,并指出空间平均速度的变异系数对密度的影响很小。该方法直接利用定点检测器数据,对于布设较多检测器的城市快速道路具有很高的可操作性和适应性。     

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交通流密度是衡量道路服务水平的指标之一. 当交通流中车辆长度和速度变化较大时,占有率则可以更好地反映交通流密度状况. 占有率的测定能够考虑到车辆的长度和速度变化,但是其值受到测量区域长度的影响,并且在混合交通情况下测量值缺乏准确性. 对于没有车道行驶规则的混合交通流,应当以整条路段为单位进行交通流分析. 因此本文提出了“区域占有率”的概念,且利用仿真技术验证其有效性. 对混合交通流条件下的占有率和区域占有率进行比较分析,区域占有率可以更合理地描述混合交通流的密度. 同时,得出混合交通条件下的区域占有率和交通流速度关系,证明了混合交通流条件下区域占有率提出的合理性和准确性.     

考虑前后车速度和减速幅度的元胞自动机模型

三相交通流理论和基本图方法对自由流到拥挤流的相变过程提出不同的解释,双方争议至今没有解决.基于典型慢启动模型规则,本文提出一个考虑前后车速度和减速幅度的交通流元胞自动机模型来探讨自由流到拥挤流的相变.新慢启动模型的减速幅度大小与前车速度相关,两个减速幅度值分别对应缓慢减速和急减速.新慢启动模型的数值模拟结果表明：同一密度值对应的交通状态可能是自由流,也可能是拥挤流;小堵塞集团可以稳定存在于道路系统并有同步的趋势;当道路系统中存在大量不考虑舒适驾驶并倾向于急减速的车辆,在此条件下,三相交通流理论提出的紧致压缩效应不具有合理性,自由流状态可以直接相变为堵塞状态.     

学区交叉口行人流元胞自动机模型

基于学区交叉口上下学时间段家长和儿童混合行人流过街特性,利用元胞自动机建立了学区交叉口行人过街模型.在模型中引入空格参数、方向参数和同向吸引参数,并综合考虑家长和儿童成对组合过街时的行为规则.通过仿真研究在双向行人流不均衡,以及家长和儿童组合比例不同的条件下,行人流速度—时间、速度—密度,流量—密度的关系,分析家长和儿童组合对过街行人流的影响.结果显示,当行人流中家长和儿童的组合超过一定比例时,会降低行人流过街的平均速度,加速行人流的拥堵,使得系统的临界密度值有所下降,并对行人流平均速度和流量在临界密度点的变化趋势有一定的影响.     

信号灯控制下的交通流模型

首先引入交通流基本函数,推导出流量、密度、速度３者之间的关系,在此基础上对交通流连续运动建立方程,并引入特征线,从几何意义上分析求解结果。发现对于沿车流方向前面车流密度小,后面密度大的情形完全适合,但对于相反情形却不适用,从而引出了间断交通流方程。最后利用这两方程讨论了红绿灯相继出现时交通流的变化全过程。     

基于小波变换的交通流速度-密度关系分析

车流速度和密度是交通流理论研究的重要参数,而小波变换是一种信号分析工具,它可以将信号进行去噪分析。基于通过调查获得的速度和密度数据构成交通流特征信号,引入小渡变换方法对交通流特征信号进行去噪,并运用典型特征构建速度与密度关系曲线,对其进行分析并与小波变换前原有速度与密度关系曲线进行对比。为更加清楚地观察三参数与时间变化的关系,以及三参数之间的相互关系提供了有效方法。     

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针对BML模型在分析交通事故对路网交通运行状态影响方面的不足,考虑事故发生时车辆为回避阻塞点而改变行驶路径等行为,对BML模型中事故点前车辆的行驶规则进行改进,使之与实际车辆的驾驶行为更加接近. 在改进模型的基础上,分别就路网交通流密度一定时,事故点数量变化对交通流平均速度的影响;事故点数量一定时,路网交通流密度变化对交通流平均速度的影响;事故点前各格点车辆转移概率对交通流平均速度的影响;车辆在事故点前各格点的转移概率分布函数不同对系统运行状态的影响等四个问题进行模拟研究,通过对模拟结果进行分析,得出了一系列有意义的结论.     

Analysis of Micro-cars' Influence on Traffic Network Using a Microscopic Simulator

The environmental effects and network performance of mixed traffic, consisting of micro-cars and conventional cars, on a small network are investigated using microscopic simulations. After calibrating the simulation model, the effects of three assumptions concerning micro-car speeds are investigated using the model. First, the parameters needed for network performance evaluation are determined iteratively. The power required to meet total travel demand is then computed to predict emissions. A higher ratio of micro-cars in the traffic reduces emissions, as does a lower micro-car speed. To investigate travel efficiency, the main parameters used are average speed, total travel time and total delay time. The results suggest that a higher ratio of micro-cars has a positive effect on the network when their speed is the same as or a slightly lower than that of conventional cars, while a higher ratio of micro-cars has a negative effect when their speed is close to the average traffic speed of the base model. To obtain a suitable balance between desired environmental effects and road network performance, we recommend that the desired speed of micro-cars be set to 40–45 km/h on a small urban traffic network.     

基于改进BML模型的交通事故下路网交通运行状态分析

针对BML模型在分析交通事故对路网交通运行状态影响方面的不足,考虑事故发生时车辆为回避阻塞点而改变行驶路径等行为,对BML模型中事故点前车辆的行驶规则进行改进,使之与实际车辆的驾驶行为更加接近. 在改进模型的基础上,分别就路网交通流密度一定时,事故点数量变化对交通流平均速度的影响;事故点数量一定时,路网交通流密度变化对交通流平均速度的影响;事故点前各格点车辆转移概率对交通流平均速度的影响;车辆在事故点前各格点的转移概率分布函数不同对系统运行状态的影响等四个问题进行模拟研究,通过对模拟结果进行分析,得出了一系列有意义的结论.     

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。     

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针对城市道路路段上车流的流量和密度之间的特性，对道路元胞自动机交通流模型进行了改进，使CA模型能够较好模拟城市道路交通流。提出了网格动态调整算法，该算法根据模型模拟的路段流量和密度计算车辆平均通行距离，并以此距离动态调整CA模型的格子长度，按照城市道路路段上车辆速度的统计分布规律，以路段的车流速度密度模型输出作为下步模拟的平均车速，通过车辆速度的分布范围确定车辆加速减速的概率，对模型车速进行更新。选择500米长的城市主干道上的一条车道，利用本文改进的CA模型进行模拟，模拟结果表明:该模型在车速为30-65公里/小时范围内，能较好模拟城市道路上车流的运行特性。改进后的CA模型，适用于对城市道路上中速车流运行状况的模拟。     

城市快速路速度引导预测控制模型

在城市快速路控制系统中,将速度引导作为控制变量,建立了宏观动态交通流模型。以车辆总行程时间与速度引导为目标函数,计算了城市快速路入口区域流量和匝道入口区域流量,建立了快速路速度引导预测控制模型,对速度引导进行优化设计,利用MATLAB软件对下游交通流突变进行仿真分析。分析结果表明:通过速度引导控制,交通流平均速度由72.704 6km.h-1上升到74.167 6km.h-1,交通流平均密度由23.011 2veh.km-1下降到21.156 7veh.km-1,波动均小于8%;速度方差下降,且最大值仅为420(km.h-1)2;速度引导控制前后的速度方差与密度方差之比分别为3.57、1.91;在交通流突变时段内,速度引导控制前后的速度方差与密度方差之比分别为4.56、2.34。可见,速度引导控制模型有效。