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％．     

高速交通中堵塞形成阶段的交通流模型

研究了高速交通中由于各种交通瓶颈而导致交通堵塞的过程，通过与高速空气动力学中的激波问题作比拟，建立适用于这一过程的交通流模型，包括完全堵塞和部分堵塞两种状态下的不同模型。依据实际测量数据，论证了平面交叉口绿灯转红灯时车流堵塞波的推进速度满足正态分布假设，其拟合优度高于泊松分布假设。建立的完全堵塞状态下的交通流模型揭示，随着上游来流的平均流量增加，堵塞波的推进速度呈指数规律上升，堵塞前后交通状态指数改变值在O．02～O．30范围内。根据部分堵塞状态下的交通流模型，又可以得到不同程度堵塞条件下，堵塞波的推进速度与上游来流流量之间的定量变化规律，可以作为控制上游来流流量，以减缓堵塞发展或尽快消除堵塞的计算依据。     

交通分配中阻抗函数的研究和应用

分别从连续流和间断流两个方面,讨论了在城市道路交通分配中应用的阻抗函数.在连续流阻抗函数中,以速度一流量关系为出发点,提出畅通和拥挤不同状态下的分段研究方法.在间断流阻抗函数中,将路段和交叉口分开考虑,根据美国道路通行能力手册的延误公式计算不同转向交通流的延误.通过在宏观交通模型中的检验表明,文中提出的两类延误函数具备较高的适用性和准确性.     

基于道路交通状态的随机用户平衡

运用随机用户平衡配流的基本思想和交通流理论，提出了道路交通状态的概念，以便讨论交通拥挤情况下的交通量分配问题．将道路交通状态定义为行程时间和道路拥挤度的线性加权和．假定在路网随机变化的情况下，出行者以行程时间和道路拥挤度最低为路径选择准则，建立了基于道路交通状态的随机用户平衡配流模型，并证明了模型的等价性和唯一性，给出了该模型的连续平均求解算法．一个小型网络的数值计算结果表明，该模型能反映出行者在随机路网中的路径选择行为．     

车路协同环境高速公路瓶颈车辆换道引导方法

高速公路由于交通事件的发生,常产生瓶颈区域致使车辆频繁换道.为提高高速公路瓶颈区车辆通行效率与安全性能,讨论车路协同环境的优越性,提出了车路协同环境下高速公路瓶颈车辆换道引导方法,通过建立离散选择模型的形式定义传统车辆与智能车辆的换道考虑因素,根据车辆所处位置定义自由换道与强制换道的效用函数,考虑宏观交通流不同渗透率下的速度密度关系,求解期望换道概率并将其引入考虑横向交通流的元胞传输模型以模拟宏观交通流换道行为,从而对瓶颈上游的智能车辆进行引导.利用车辆换道引导方法对宏观交通流进行数值仿真,并设置5组不同渗透率下的交通流.研究结果表明:车路协同环境下不同渗透率的交通流经过瓶颈区的总行程时间均有所减少,渗透率为1时对应的总行程时间最小,为296.21 s,渗透率为0.4变为0.6时总行程时间减小幅度最显著,为8.3％;渗透率为0.8变为1时总行程时间减小幅度最小,为2.7％,因此利用该引导方法对渗透率为0.6的交通流进行引导,其效果最显著.在使用引导方法后,各车道密度趋于均衡,能有效缓解瓶颈区向上游传播的堵塞波.     

基于两阶段行程时间的交通流分配理论

针对目前静态交通流分配理论难以处理网络流量演化的问题,给出了基于交通流 反λ 基本图的流量分配新模型.通过不断求解新模型更新路段交通状态,明确了利用静态交通 流分配模型分析网络交通流演变的具体方法.假设网络路段均处于自由流状态,通过求解得到 平衡路段流量,判断是否达到临界流量.将路段流量达到临界流量的路段设定为拥挤状态,重 新求解平衡流量,判断是否仍存在达到临界流量的路段.依据上述思路,直到新的模型无解或 无新的路段达到临界流量.本文通过定义网络不同级别的拥挤瓶颈,完成对网络流量演化的分 析描述.算例验证了新模型与方法的可行性.新理论提供了分析网络交通状态演变的新思路, 拓展了静态交通流分配理论.     

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.     

基于粒子群算法的道路交叉口信号配时优化模型——以昆明市为例

在现有交通资源下,利用交通信号的动态调控缓解交通拥堵是一种行之有效的方式。首先探讨了道路交叉口信号控制的空间和时间优化思路,在时间优化方面提出基于粒子群算法的信号配时优化模型。以昆明市学府路为例,在分析大量交通流数据的基础上,根据三相交通流理论,对交通状态进行划分并提出有针对性的控制策略。将信号配时优化模型应用于学府路3个相邻的关键交叉口。交通仿真和方案试运行结果显示,优化前后同步流状态下交叉口延误平均降低21.0%,车辆排队长度平均降低12.4%;堵塞状态下交叉口延误平均降低32.0%,车辆排队长度平均降低24.9%。这一结果表明该模型在道路交叉口信号配时优化中具有合理性和有效性。     

复杂网络上的交通动力学

本文提出了一个网络上的简单交通流模型。对于规则网络和无标度网络来说,都存在着从自由相到堵塞相的尖锐相变。相变点的值可以用来衡量一个网络处理信息的能力,它是由网络本身的拓扑结构决定的。随着网络节点N的增加,网络的相变点在带周期边界的规则网格是NO.5量级的,而对于无标度网络则几乎不变。模拟结果与理论分析很好地吻合。     

交通同步流中的能耗与减速车辆分布研究

在开放边界条件下,从统计分布研究刹车灯(braking light,BL)模型的能耗问题,研究混合交通流中交通同步流的特性。通过引入能耗和确定(随机)减速过程中动能减少的车辆分布,讨论了车辆的最大速度,快车慢车混合比和车长对交通同步流的影响,发现了车辆的最大速度对混合交通流中交通同步流起着极其重要的作用,交通同步流中的能耗和减速车辆的分布也与交通处于自由状态和堵塞状态时有着极大的区别。当所有车辆具有共同的最大速度且最大速度大于15时,混合交通同步流显示明显,这已通过计算交叉关联系数,即计算密度与流量的协方差得到证实,更重要的是在交通同步流区域能耗并不随着密度的增加而增加,减速车辆的统计分布也几乎是显示着一个不变的平台,这是一个有趣的现象,这可以帮助我们更进一步了解交通同步流以及在车辆交通中如何有效的减少能耗。     

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。     

考虑出行者不同理性程度的拥堵交通流分配方法

为研究出行者感知偏好对交通分配结果的影响,本文构建了微观路径选择模型,提出拥堵条件下受路段通行能力限制的交通分配算法。引入出行者决策过程中的后悔和无差别化阈值,考虑出行时间和排队时间的心理感知差异,构建不同理性程度下的路径选择概率模型。在集计水平上,考虑当前路段及其上下游路段通行能力限制、路段车辆空间排队和溢出,提出路段车流量流入、流出的修正方法。采用增量加载分配方法,研究路段车辆的消散特性,再现了从个体路径决策到宏观路网状态的演化过程。基于Nguyen-Dupuis仿真网络,比较不同算法下各路段的拥堵车辆和各路段车辆流入、流出情况。结果表明：出行者个人偏好感知会显著影响拥堵路段的成本函数,是出行者路径选择的关键因素,但是出行者个人偏好对非拥堵路段的车辆流入、流出影响较小;考虑个体偏好的交通分配方法能降低路网的平均饱和度。本文提出的考虑有限理性的拥堵交通分配方法可应用于拥堵路网的交通诱导,有利于促进道路资源的合理利用。     

Statistical Features and Phase Identification of Traffic Flow on Urban Freeway

At present, researches on traffic flow theory mainly focus on highway traffic, which is significantly different from urban freeway. Because traffic science is an “empirical science”, it is based on actual traffic flow data of urban freeway, the statistical features of velocity distribution at different densities have been investigated in this paper. Moreover, four steady phases: free flow, coherent-moving flow, synchronized flow, and jams are identified in the flow rate-density plane of the traffic flow. Finally, features of the four phases as well as functional forms of phase boundaries are discussed in detail.     

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元胞自动机模型在城市交通流特性的研究和模拟方面非常有效，可在先前的元胞自动机交通流模型中，没有反映车辆驾驶者水平对车流行进的影响。目前北京市有近1/3的驾驶者为新司机，他们的存在直接影响着北京市的交通状况。为了能够反映出驾驶者水平与车流之间的关系，在新模型中引入了驾驶水平因子，以反映驾驶者的不同水平。通过计算机模拟，发现当驾驶者的水平一致且较高时，车流相当流畅，而新司机的加入则造成车流中出现了自由相与堵塞相的全局性交替，类似于波的传播，而且新司机越多，波的周期越短，波峰走向与水平方向的夹角越陡。     

考虑多车影响的分子动力学智能网联跟驰模型

为研究含智能网联汽车(Connected and Automated Vehicle, CAV)和人工驾驶汽车(Regular Vehicle, RV)混行交通流下CAV跟驰行为的控制问题,考虑前后多车的速度、车头间距、速度差、加速差等参数,采用分子动力学定量表达不同周边车辆对主体车的影响,得到可用于描述CAV在混行交通流中的跟驰过程。稳定性分析结果表明,与全速度差模型相比,本文提出的考虑前后多车信息的CAV跟驰模型有利于提高交通流的稳定性。数值仿真与模型验证结果表明,与PATH实验室的CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control)模型相比,本文建立的CAV跟驰模型平均速度最大误差减小了0.19 m·s^-1,平均误差减小26.79%,拟合精度提高了0.91%。同时,在CAV和RV组成的混行交通流中,随着CAV比例的逐渐增加,车队的平均速度和交通流量逐渐增加。迟滞回环曲线表明,与全速度差(Full Velocity Difference, FVD)模型相比,本文提出的CAV模型控制下的交通流稳定性更强。该模型可用于同质流或CAV与...     

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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.     

基于元胞自动机的城市道路偶发性拥堵交通行为模拟

以元胞自动机模型为基础,在传统的车辆换道规则上,引入驾驶人行为因素,根据不同区域交通流特点和驾驶行为特点,给出了不同的车辆换道规则,建立了一种适用于城市道路偶发性拥堵交通流行为分析的元胞自动机改进模型。并利用该模型,模拟分析了偶发性拥堵发生时不同车流密度的车辆排队和平均车速情况。     

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。     

城市道路路段拥挤交通流特性研究

通过现场调查,从定性和定量两个方面对城市道路路段拥挤交通流特性进行研究,以获得客观评价城市交通拥挤与明确交通拥挤实际状况。实际调查具有典型代表特征的路段,采用摄像观测法进行交通调查与数据采集,在分析造成拥挤成因的基础上,对调查数据进行处理,从地点车速、行程车速、交通量等指标进行分析,并与非拥挤状态交通流进行比较,发现拥挤状态下交通流特性具有显著的差异,而车型在拥挤交通流中也是一个重要的影响因素。