交通流的流体动力学模型研究

文中给出了交通流理论中的流体动力学模拟理论的几种有代表性的数学模型，从流体动力学角度研究交通流的动力学属性。分析并比较了这几种现有的交通流流体动力学模型，指出模型的特点，缺陷与适用范围，最后作出几点评述。     

基于空间比和感知密度的混合自行车交通流模型

针对混合自行车流的异质特性,从空间比和感知密度概念出发,分别对3种混合自行车流状态的密度及流量进行计算,并根据元胞传输模型得出混合自行车流交通波计算公式. 采用昆明市6种不同自行车道宽度的实际调查数据,以停车波和启动波作为验证参数,并与单一车流交通波(LWR)模型计算结果进行对比.结果表明,不同自行车道宽度下本文模型计算精度均高于单一车流交通波(LWR)模型;从MAPE可以看出,本文模型的停车波、启动波计算精度较单一车流交通波(LWR)模型分别提高9.25%、13.64%,表明本文模型能较好地描述混合自行车流运行特征,为进一步揭示混合自行车流交通机理提供新思路.     

OV 模型交通流阻尼特性研究

对交通流跟驰模型施以拉氏变换（或z 变换）,转换为控制系统传递函数形式, 进而通过分析传递函数来探讨交通流系统稳定性及控制方法,这是交通流稳定性理论研 究重要方向之一.为进一步挖掘分析稳定交通流系统在稳定状态下动态特性,基于最优速 度跟驰模型,以控制理论时域分析方法,研究了交通流系统在欠阻尼和过阻尼两种情况 下阶跃响应动态特性,并以仿真算例验证了理论正确性.过阻尼较欠阻尼交通流系统稳定 性好,但调节时间更长,若将交通事件抽象为阶跃响应,通过分析交通流系统调节时间、 超调量等参数,可为计算交通事件持续时间作参考,进而制定合理有效的交通管理措施.     

城市快速路上机动车比功率分布特性与模型

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.     

元胞自动机交通流模型研究现状

交通流理论研究是以建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型,从而揭示交通流的基本规律。在非线性科学和复杂性科学的推动下,元胞自动机模型成为研究交通流的一种新的交通流动力学模型。介绍元胞自动机交通流模型的产生与发展,分析用于道路交通、城市路网和轨道交通中的几种经典的元胞自动机交通流模型,并对今后可能的研究趋势进行展望。     

基于机动车比功率的单点信号配时优化模型

为减少车辆延误和交通排放,基于机动车比功率提出信号交叉口红、绿灯期间污染物排放因子的标定方法.根据运筹学和交通流理论,以车辆延误和排放最小为目标建立单点交叉口信号配时优化模型.考虑小汽车尾气中的CO、HC和NOx三种污染物,利用 VISSIM 软件设计交通仿真实验,使用MATLAB软件编制参数标定和模型求解算法,根据车辆行驶状况数据标定每条车道组每种污染物的两类排放因子,并验证双目标信号配时优化模型.结果表明,与仅降低延误相比,双目标优化模型所获最优信号配时方案能使车均延误降低19%、交通排放减少11%.研究成果能有效减少交叉口延误和排放,为建立考虑交通排放的干道信号配时优化模型奠定理论基础.     

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。     

基于车辆微观行为的瓶颈路段交通流能耗研究

通过分析瓶颈路段车辆的微观行为,基于汽车燃油消耗微观模型提出了瓶颈路段的燃油消耗计算方法,并运用仿真软件进行验证,在此基础上探讨了瓶颈路段的燃油消耗规律。结果表明车辆经过瓶颈路段时增加的燃油消耗主要来源于车辆进入瓶颈时的减速、怠速及加速过程,车辆由瓶颈驶向下游路段的燃油消耗没有因为加速工况的存在而大于无瓶颈对照路段的燃油消耗,且交通量越大交通流燃油消耗受瓶颈的影响越大。     

基于比功率的自动驾驶交通流油耗分析

鉴于油耗与节约能源和车辆尾气排放直接相关,探究自动驾驶车辆对油耗的影响. 以手动驾驶车队与自动驾驶车队为数值仿真对象,在交通震荡环境下设计数值仿真实验. 对车队的车辆数量,车队初始速度,以及自动驾驶车辆的车间通信延时做参数敏感性分析. 基于机动车比功率的油耗评价模型,对仿真结果进行统计;相比于手动驾驶车队,计算自动驾驶车队平均油耗率的降低. 从交通流稳定性角度考察油耗降低与稳定性状态转变之间的内在关联性. 研究结果表明,自动驾驶车辆对油耗的降低幅度与车队初始速度有关,与交通流稳定性之间存在定性的影响关系,交通流的平稳性有利于显著改善车辆油耗降低的幅度. 研究结果可为大规模自动驾驶背景下的油耗控制策略提供理论参考.     

混合交通流的动力学模型

引入超车换道流量，建立了混合交通流的连续性方程；通过对交通流参数的微分变换,建立了混合交通流的运动微分方程．连续性方程和运动微分方程构成了混合交通流的动力学模型．将模型应用于无超车换道交通流，求出了流量和密度之间的关系．结果表明在低密度段模型与实测数据吻合．     

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为了解决日益严重的交通拥堵问题,近几十年来,研究人员在国内外高速公路和城市快速路上发现了多种交通现象,并提出各种交通流模型对已发现的交通现象进行重现和解释,目的是为交通流控制与疏导提供理论支持.本文首先对目前已发现的交通流现象,如通行能力陡降、滞后效应、走-停交通波和同步流现象进行介绍,然后从交通流模型中的速度、加速度和二阶加速度的宏观/微观,连续/离散表达式几方面介绍了现有的一些交通流模型,并对模型解释交通现象的能力进行综合性评述.     

Review of Transportation and Energy Consumption Related Research

With high consumption of energy, especially petroleum resources, transportation industry has received much concern. In view of this, the paper summarizes the domestic and international research achievements on transportation energy consumption, such as external cost determination of energy consumption, influencing factor analysis, statistical indices and data comparison, interactive relation between transportation energy consumption and social economy, relevant planning and policy making, prediction of energy demand of transportation industry. It also analyzes the characteristics and shortcomings of the existing researches. Some key issues concerning the future researches are put forward, namely, the statistical data collection and comparative indices determination, estimation of comparative consumption factors of different transportation modes, exploration of influencing factors and sensitivity analysis, as well as the establishment of relevant basic data platform and theory and method system.     

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交通运输作为能源消耗性行业,尤其是一次性石油能源消耗大户备受社会各界关注。文章从交通运输能源消耗的外部成本计算、影响因素分析、统计指标与数据比较研究,以及交通运输能源消耗与社会经济互动关系、相关规划与政策研究、交通能源需求量预测等方面,综述了国内外的相关研究成果,分析了当前研究的特点和存在的不足。提出今后要在交通运输能耗基础统计数据与可比指标、不同交通运输方式能源消耗的可比因子、交通运输能源消耗影响因素及灵敏度分析等方面展开更进一步的深入研究,以期建立相关的基础数据平台和理论方法模型。     

与车辆跟驰理论统一的一维交通流动力模型研究

从交通流的连续性假设开始将交通流中的每一个参数(包括交通压力)都在流体流中 找到了恰当的比拟.通过理论推导,得出了类似一维可压缩理想流体流动的交通流连续性方 程、欧拉微分方程和动量方程.并从一维定常交通流的分析研究中,得出了交通压力的数学表 达式.从而得出了由连续性方程、欧拉微分方程、交通压力表达式和状态方程构成的一维交通 流动力模型,论证了该模型与车辆跟驰理论是统一的.     

面向实际交通状态的混合动力汽车能耗和CO2排放模型

由于混合动力汽车与传统燃油车的能耗排放因子具有差异性,导致机动车交通路网能耗排放的量化评估存在不确定性。本文建立混合动力汽车在实际交通状态中的能耗和CO2排放因子测算模型,基于车辆比功率VSP(Vehicle Specific Power)作为车辆行驶状态与能耗排放之间耦合关系的表征参数。通过引入内燃机转速区分内燃机开启和关闭工作状态,并计算内燃机开启状态下VSP对应的平均能耗率,同时,建立能够解析混合动力汽车能耗排放产生机理的VSP分布。通过收集典型行驶工况下车辆测试油耗数据和北京市车辆实际行驶轨迹数据,验证了模型的准确性,并应用模型测算混合动力汽车不同速度区间下的油耗和CO2排放因子。研究结果表明：在城市行驶工况(UDDS)和高速行驶工况(HWY)中,模型测算能耗排放因子与真实值的平均相对误差分别为3.7%和-1.7%,与不考虑内燃机开启状态相比,测算误差减少5.6%和4.3%;在实际交通状态下,采用传统燃油车的测算方法会导致混合动力汽车行驶平均速度为高速区间时油耗和CO2排放量被低估,当行驶平均速度为低速区间时油耗和CO2排放量会被高估。     

对交通流理论的再认识

对交通流理论的发展历史进行了阶段划分,归纳了经典交通流理论的研究内容和理论体系,提出了新的交通流理论的体系框架,总结了交通流理论研究的思想方法,从交通运输工程发展的需求和科学技术发展的支持两个基本条件出发,分析了交通流理论发展的趋势,指出了交通流理论发展方向。     

交通流短时预测理论研究进展

交通流短时预测是智能运输系统。尤其是其先进的交通管理系统和出行者信息系统研究的一个重要内容。利用预测算法来分析交通数据，并预测未来数分钟内的交通流状态，便于及时采取适当的交通控制措施和诱导措施。     

基于自组织理论的道路交通拥塞自疏散模型研究

为了进一步探讨道路交通拥塞控制方法,以及为缓解这一社会性问题提供理论及模型依据,完善道路交通拥塞控制研究的理论框架,本文以定性与定量相结合的研究方法,在分析道路交通拥塞演变过程（即道路交通拥塞的形成及消散过程,整个过程包括从自由流状态过渡到拥挤状态再到堵塞状态,逐渐消散到拥挤状态,最后达到畅通自由流状态)的基础上,通过对实地调查路段及交叉口交通流参数分析,得到道路交通拥塞演变过程中交通流量及车辆跟驰特性呈泊松分布,进而根据自组织理论中的协同学理论,确定交通拥塞序参量,并基于最短行程时间和Dijkstra 算法中的最优路径选择方法,建立道路交通拥塞自疏散模型.通过对模型进行应用分析,验证了模型的有效性.本文研究成果对于缓解道路交通拥塞,提高道路交通系统服务能力和运行效率具有一定的理论意义和实用价值.     

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从20世纪90年代起，原属交通工程学科中的交通流问题因其特有的复杂性得到了各个学科领域的学者的重视，这同时也使得许多交通科学家、数学家、物理学家和经济学家纷纷加入到交通流理论的研究中来.本文介绍了国际上交通流理论的新发现和新进展，如同步流，交通相变和三相交通流理论，并分析对比了各国不同学者理论之间各自的差异.其中最有影响力的就是德国学者Dirk Helbing 和 Boris S Kerner；本文中特别讨论了他们两者各自的观点，及其主要分歧所在.