交通流理論研究的思想方法課件

交通流理論研究的思想方法目錄引言交通流理論研究的思想方法建模實(shí)例模擬彈簧車輛停車起動過程跟馳模型模擬電路信號交叉口交通流模型基于運(yùn)動學(xué)的起動-停車波模型結(jié)語引言交通流理論是研究交通流隨時(shí)間和空間變化規(guī)律的模型和方法體系。交通流理論研究的最終目的是要揭示交通現(xiàn)象形成的機(jī)理，服務(wù)于交通工程。Herman：“交通流理論本質(zhì)上是一種實(shí)驗(yàn)科學(xué)，應(yīng)該選擇最合適的數(shù)學(xué)模型來描述某一特定的現(xiàn)象，而不應(yīng)該讓現(xiàn)象去擬合研究者所熟知的某個模型”。交通流理論研究的思想方法抽象交通流

根據(jù)實(shí)際需要對真實(shí)的交通流進(jìn)行簡化，抽象的程度取決于應(yīng)用的目的。交通流理論研究的思想方法交通流的建模

模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只有對交通流深刻認(rèn)識，才能建立更加符合實(shí)際的模型。車均延誤飽和度10穩(wěn)態(tài)理論定數(shù)理論過渡函數(shù)曲線交通流理論研究的思想方法交通流的建模

模型參數(shù)標(biāo)定

模型參數(shù)需要有相對應(yīng)的交通含義。參數(shù)的標(biāo)定是一項(xiàng)具體細(xì)致的工作，其好壞直接決定了模型的應(yīng)用效果，是模型能否適用的關(guān)鍵。離散系數(shù)取值的變化模擬彈簧車輛停車起動過程跟馳模型基本模型建立建模實(shí)例一：微觀模型通過類比車輛停車起動過程，由虎克定律和牛頓第二定律建立如下模型：模型求解（以起動過程為例）

模型說明跟馳車輛的加速度、與前車的速度差以及兩車間的距離將發(fā)生周期性變化，變化的具體情況取決于模型參數(shù)和定義域。

建模實(shí)例一：微觀模型模擬彈簧車輛停車起動過程跟馳模型模擬彈簧車輛停車起動過程跟馳模型參數(shù)含義（1）即角速度，代表了跟馳車輛駕駛員根據(jù)距離的變化對加速度調(diào)整的敏感性強(qiáng)度，即反應(yīng)強(qiáng)度。

（2）d的物理意義是克服摩擦力所需的彈簧變形量，在車輛跟馳中表示車輛停車延遲或起動延遲，即車2駕駛員實(shí)施控制前前后兩車距離的變化量。（3）A的物理含義是加速度振幅，在此的含義是駕駛員對加速度調(diào)整強(qiáng)度。這是一個大于1的量。（4）y代表了起動過程中兩車間距離的變化值，它受駕駛員的反應(yīng)強(qiáng)度、起動延遲的影響。（5）是初相角，在此決定了跟馳車輛加速度的初始時(shí)刻。因?yàn)榧铀俣榷际菑?開始的，但時(shí)間又都不是從0開始。

建模實(shí)例一：微觀模型模擬彈簧車輛停車起動過程跟馳模型關(guān)鍵參數(shù)的標(biāo)定建模實(shí)例一：微觀模型在各參數(shù)中，最難標(biāo)定，因?yàn)槠洳荒芡ㄟ^觀測值直接得到。

根據(jù)t的定義域，如果說的變化范圍為，那么t的變化范圍為因此，應(yīng)有：

a0T(sec)1.90(m/sec2)2.00(m/sec2)2.20(m/sec2)2.40(m/sec2)2.60(m/sec2)0.800.40190.42070.45790.49430.52991.260.37950.39630.42910.46090.49181.500.36880.38470.41550.44530.47402.000.34840.36250.38970.41580.44072.500.33010.34270.36700.39000.41183.000.31360.32500.34670.36720.3865各種情況下的值（sec-1）建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型信號交叉口交通流特性

停車線斷面的釋放流量圖

駛離交叉口的車輛釋放曲線可以等效為多個矩形波，駛離交叉口的交通流具有與電容的電流相似的脈沖特性。因此可以采用電容的脈沖特性來模擬信號交叉口車流的脈沖特性。模擬電路理論模型的建立建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型在上述RLC電路中，當(dāng)開關(guān)K打向A端時(shí)，電源V對電容充電，當(dāng)充電完畢（穩(wěn)定）后，將開關(guān)K打向B端，電容放電，由于電感的作用，電路中的電流不會突然增大。用這一過程來模擬城市信號交叉口某一相位的車流的運(yùn)行，前一過程電容充電，相當(dāng)于交叉口信號燈亮紅燈，車輛到達(dá)交叉口，匯集在停車線前；后一過程電容放電，相當(dāng)于交叉口信號燈亮綠燈，車輛放行，駛離停車線。模型參數(shù)標(biāo)定建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型由于信號交叉口信號周期較短，選取不同的采樣間隔對流量的統(tǒng)計(jì)影響較大，為準(zhǔn)確標(biāo)定模型參數(shù)，采用累計(jì)車輛數(shù)擬合法來驗(yàn)證交通流量模型的適用性。對流量進(jìn)行積分運(yùn)算得到累計(jì)離去車輛數(shù)：模型參數(shù)標(biāo)定結(jié)果建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型N-t圖像q-t圖像模型的應(yīng)用

飽和流率測算建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型飽和流率是指在連續(xù)的綠燈時(shí)間內(nèi)，某進(jìn)口道所能通過車輛（折算為小轎車）的最大流率。因此，對流量公式求導(dǎo)，即可得到最大流量值，即為飽和流率。令解得，當(dāng)時(shí)，流量值最大通過實(shí)際數(shù)據(jù)分析，該模型得到的飽和流率與通過車頭時(shí)距法調(diào)查得到的飽和流率誤差在5%左右?？梢詾樾盘柵鋾r(shí)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模型的應(yīng)用下游斷面流量預(yù)測建模實(shí)例二：宏觀模型模擬電路信號交叉口交通流模型依據(jù)以上假設(shè)，下游斷面流量模型為：理論模型與實(shí)際流量對比圖通過實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該模型能夠較好的預(yù)測下游斷面流量。起動波模型建立建模實(shí)例三：由微觀到宏觀基于運(yùn)動學(xué)的起動-停車波模型上圖為一列車隊(duì)在信號交叉口的起動過程。忽略車隊(duì)中車輛之間的個體差異，以任意相鄰的兩輛車為例來說明起動波的傳播過程。起動波模型建立建模實(shí)例三：由微觀到宏觀基于運(yùn)動學(xué)的起動-停車波模型根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式，有如下式子成立：由此，又因?yàn)槠饎硬úㄋ贋槠饎硬▊鬟^的距離除以傳過這一距離所需的時(shí)間。綜合上述式子，可得起動波波速公式為：停車波模型建立建模實(shí)例三：由微觀到宏觀基于運(yùn)動學(xué)的起動-停車波模型與起動波類似，也可以推導(dǎo)停車波模型如下：停車波模型參數(shù)標(biāo)定建模實(shí)例三：由微觀到宏觀基于運(yùn)動學(xué)的起動-停車波模型停車波模型中，參數(shù)u為車輛初始行駛速度；kj為車流阻塞密度；k為車輛平均密度。由于平均密度不宜獲得，通過公式k=q/u以及q=1/h將停車波公式轉(zhuǎn)化為：周期編號初始行駛速度（km/h）平均密度（veh/km）阻塞密度（veh/km）理論波速（km/h）觀測波速（km/h）波速相對誤差128.8450.00143.54-15.41-14.397.15%232.9445.31160.77-12.93-13.020