Experimental and empirical investigations of traffic flow instability

Traffic instability is an important but undesirable feature of traffic flow. This paper reports our experimental and empirical studies on traffic flow instability. We have carried out a large scale experiment to study the car-following behavior in a 51-car-platoon. The experiment has reproduced the phenomena and confirmed the findings in our previous 25-car-platoon experiment, i.e., standard deviation of vehicle speeds increases in a concave way along the platoon. Based on our experimental results, we argue that traffic speed rather than vehicle spacing (or density) might be a better indicator of traffic instability, because vehicles can have different spacing under the same speed. For these drivers, there exists a critical speed between 30 km/h and 40 km/h, above which the standard deviation of car velocity is almost saturated (flat) along the 51-car-platoon, indicating that the traffic flow is likely to be stable. In contrast, below this critical speed, traffic flow is unstable and can lead to the formation of traffic jams. Traffic data from the Nanjing Airport Highway support the experimental observation of existence of a critical speed. Based on these findings, we propose an alternative mechanism of traffic instability: the competition between stochastic factors and the so-called speed adaptation effect, which can better explain the concave growth of speed standard deviation in traffic flow.     

大断面地铁车站隧道软弱围岩渐进破坏规律模型试验研究

以贵阳市地铁2号线阳明祠车站为背景,采用室内模型试验模拟大断面地铁车站施工过程中隧道塌方破坏过程,明确施工期间大断面隧道塌方破坏过程机制,对比分析围岩和路面的变形。结果表明:通过围岩重力作用模拟隧道施工过程中塌方过程,与实际塌方过程基本吻合,弥补了常规加载破坏的不足;围岩渐进破坏过程表现为裂隙出现-裂隙发展-裂隙贯通-围岩塌方,支护渐进破坏过程表现为变形缓慢增加-变形快速增加-裂缝快速发展-支护破坏;围岩渐进破坏与支护渐进破坏相互作用,共同发展;在实际施工过程中,当支护变形大幅增加时,应增加支护强度,同时还应及时注浆、打设长锚杆,以减缓围岩裂隙发展,阻断围岩渐进破坏过程。     

硬岩顶管卡滞原因分析及脱困技术研究

针对长距离岩石地层顶管施工中预制管卡滞工程难题,结合观景口水利工程2#无压洞工程,通过资料查阅、案例调研、专家咨询等方法,对多种处理方案进行对比分析。结合工程实践,提出预制管受困点判别方法,并研究制定出沉渣冲洗清理及预制管拆除方案;结合顶管施工特点就如何预防预制管卡滞提出针对性改进措施。经工程验证,所采取方案与技术措施顺利解决了预制管卡滞难题,并确保了后期工程的顺利进行,既缩短了工期又取得了良好的经济效益.,可为类似工程提供借鉴和参考。     

CACC车头时距与混合交通流稳定性的解析关系

研究协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)车头时距对不同CACC比例下混合交通流稳定性的影响关系，进而为CACC车头时距设计提供参考. 应用优化速度模型(Optimal Velocity Model，OVM)作为手动车辆的跟驰模型，PATH真车实验标定的模型作为CACC车辆的跟驰模型. 基于传递函数理论，推导混合交通流稳定性判别条件，计算关于CACC比例与平衡态速度的混合交通流稳定域. 分析混合交通流在任意速度下稳定所需满足的临界CACC比例与CACC车头时距的解析关系，提出随CACC比例增加的可变 CACC车头时距设计策略，并通过数值仿真实验验证所提可变CACC车头时距策略的正确性. 研究结果表明：在所提可变CACC车头时距策略下，CACC车头时距随CACC比例增加而逐渐降低，避免取值较大影响混合交通流通行能力的提升；当CACC比例大于35%时，混合交通流在任意速度下稳定.研究结果可为大规模CACC真车实验的实施提供理论设计参考.     

兰州地铁地温分布特性及其演化规律

以兰州地铁所在地区为研究对象,实测地铁隧道开挖前的地温(简称为初始地温),根据实测数据,提出地铁初始地温预测模型公式。采用非稳态传热的数值模型,分析运营条件下地铁隧道围岩温度的演化规律。结果表明:兰州地铁初始地温随环境气温和埋深的变化而变化;年变温层位于自地表至埋深12m处;年恒温层位于埋深12m及其以下,温度为15℃左右;年变温层中,1年内初始地温变化规律与环境气温变化规律相似,近似呈正弦曲线状分布,但存在相位滞后的现象;1年中初始地温的振幅随埋深的增大呈指数下降趋势。在隧道内空气与围岩之间热交换中,兰州地铁隧道围岩的温度及其梯度、热透厚度(未达到极限时)均与隧道内环境温度、热交换时间成正相关关系,但与距隧道内壁的距离成负相关关系。     

25t轴重荷载作用下隧底脱空区域受力特性分析

为了研究在役铁路隧道在通车之后隧底脱空病害的问题,采用有限元理论,建立隧道脱空区域在围岩压力与25 t轴重列车动载作用下的数值计算模型,主要研究80 cm与40 cm脱空宽度分别距隧道中心线0,80 cm与160 cm时脱空区域的受力特性。结果表明:在围岩压力下,脱空区域中线上壁和外侧顶角混凝土中产生拉应力及内侧顶角中产生压应力,其中压应力对脱空的宽度更为敏感;同时施加列车动载作用时,脱空区域上壁出现了竖向动应力与横向拉应力,得到了脱空区域力学指标的最大响应值及其出现的具体位置,宽度的增加对脱空区上壁横向拉应力更为显著,上壁横向拉应力增幅超过200%,竖向动应力增幅达50%。因此,隧底脱空区周围应力分布复杂,拉应力与压应力在脱空区域同时存在,应力突变严重,对脱空现象应及时组织处理。     

鱼雷定深航行稳定性的分叉分析

鱼雷定深运动方程含有诸多的非线性项，用传统的分析方法对其稳定性进行研究有较大难度。运用非线性科学中的分叉理论，选定鱼雷定深运动方程中的某一流体动力系数扰动值为分叉参数，系统地分析在经典比例微分深度控制系统作用下，鱼雷在退化平衡点处的航行稳定性。利用中心流形定理，推导出系统状态变量解析表达式，对系统 Hopf分叉进行分析，并进行仿真验证。结果表明，流体动力系数变化使定深航行产生 Hopf分叉，并给出了确保鱼雷稳定航行的流体动力参数取值范围。     

Fractional-order-based ACC/CACC algorithm for improving string stability

Traffic flow optimization and driver comfort enhancement are the main contributions of an Adaptive Cruise Control (ACC) system. If communication links are added, more safety and shorter gaps can be reached performing a Cooperative-ACC (CACC). Although shortening the inter-vehicular distances directly improves traffic flow, it can cause string unstable behavior. This paper presents fractional-order-based control algorithms to enhance the car-following and string stability performance for both ACC and CACC vehicle strings, including communication temporal delay effects. The proposed controller is compared with state-of-the-art implementations, exhibiting better performance. Simulation and real experiments have been conducted for validating the approach.     

大城市中小学周边地区交通拥堵问题分析与解决策略

交通拥堵已经成为我国大城市的一种社会问题,它与每一个人都息息相关,如何更好地处理这种问题,使其减少对人们出行的影响,成为值得每一个人思考的问题。针对大中型城市中的交通拥堵其中的一种现象进行深入的剖析,系统介绍交通拥堵的成因,有针对性地提出如何改善中小学周边地区交通拥堵现象的一些观点和做法。     

新五维超混沌系统反同步研究

以新五维超混沌系统为对象，基于Lyapunov稳定性理论，采用非线性控制法、主动控制法及全局控制法，分别设计了控制器，实现了新五维超混沌系统的反同步。通过数值仿真，对三种方法的反同步效果进行了验证和对比分析，结果显示主动控制法优于其它两种方法。