交通流理论介绍.ppt

1992年，Nagel和Schreckenberg提出了STCA模型： 该模型将一条车道假设为具有L个格点的一维直线链，其上随机分布着N个粒子(车辆)，平均密度ρ=N/L，每个粒子只与前后紧邻的粒子发生相互作用，每个格点在时刻要么空着，要么被一个粒子占据。格点的长度是堵塞时车辆的最小车头间距。步长的设定是任意的，通常为驾驶员的反应时间，即0.6~1.2。每个粒子根据与邻居的相互作用情况分别处于自后向前的运动或静止状态中。驾驶员在驾驶过程中以其所能达到的最大速度行驶，只有在必须停止时，才会停止。 元胞自动机模型 该模型可用如下运动规则表述： 如果 ——车辆前方的空格的格点数 则v以概率P减1， 元胞自动机模型对交通系统的描述实践了—种用离散化模型描述离散化问题的思想，避免了流动比拟下确定性方程的严格假设及求解离散化对真实信息的损失。但是元胞自动机模型的假设与实际的驾驶行为还存在着较大的差距，如何将元胞自动机模型与交通实际联系起来，还需要做大量的工作。 换车道模型 换道模型 与跟驰模型一起构成交通行为模型，用于描述人车单元的行为 与跟驰模型相比，换道模型更为复杂 难于用数学模型进行表达（单一表达式） 换车道行为是驾驶员由自身驾驶特性，针对周围车的速度、间隙等周边环境信息的刺激，调整并完成自身驾驶目标策略的综合过程 通常包括信息判断和操作执行两个过程 换道模型 要描述如此复杂的驾驶行为，需要有大量的微观车信息作为基础 滞后原因 1985年，美国用航测数据建立了微观交通信息数据库 此后，换道模型才有了长足发展 换道模型 驾驶行为上有很大区别： 强制性换道 有目标道，且需要在一定区间范围内强制换道的转换行为（如交织区的交织车辆） 判断性换道 与上述目的不同的换道行为（超车等） 交织区的车辆也有判断性换道 先看是否有换道需求 前者比后者缺少换道需求这一环节 换道模型 判断性换道的行为动机 换道需求：什么情况下驾驶员要换道和不换道？ 通过驾驶行为分析，判断过程一般可以分为4个子阶段 换道模型 （1）是否需要换道？ 当跟驰车的加速度小于某一数值时，驾驶员不满意该行驶状态，则考虑能否换道 （2）在目标道上行驶是否会改善行驶状况？ 驾驶员换道是为了获得更好的行驶状态 若预计在目标道的满意行驶时间比在当前道上的满意行驶时间大于某一数值时，车辆就有换道的需求产生 换道模型 （3）选择何种换道方向？ 右侧行驶的交通规则之下，换道的方向通常为左侧 观测表明：向左变换道的概率是向右的4倍 主要考虑左侧道和右侧道的驾驶利益不同（高速路） （4）是否有可能驶入目标道？ 换道必须满足安全需求 换道后不至于与目标道中的前车发生冲突 也不至于与目标道中的后车发生冲突 满足上述两个条件才能进行成功的换道行为 换道模型——判断性换道模型 三个步骤 换道需求、检测、执行 因而假设驾驶员换道时间是一个常数，车辆一般是2-3s * 跟驰理论及交通影响模型 交通流模型 交通三参数 跟驰模型 换道模型 交通安全模型 交通影响模型 第一节 交通流理论研究回顾 交通流理论是运用数学、物理学和力学原理描述交通流特性的一门边缘科学，目的是为了阐述交通现象形成的机理，使城市道路与公路的规划设计和营运管理发挥最大的功效 1933年金蔡（Kinzer.J.P）首次论述了泊松分布应用于交通流分析的可能性,随后亚当斯(Adams W.F.)于1933年发表了数值例题，标志着交通流理论的诞生 1950年赫尔曼（Herman）博士运用动力学方法建立跟车模型，进而提出了跟驰理论 1955年，莱脱希尔（Lighthill）和惠特汉（Whitham）提出了流体动力学模拟理论 汽车时代，交通波理论和车辆排队理论等相继问世 1975年，丹尼尔（Daniel L.G.）和马休（Matthow J.H.）合作出版了《交通流理论》一书，1998年出版了修订版。该书全面系统地阐述了交通流理论的研究内容和成果，成为交通流理论的经典论著。 20世纪70年代中期起，交通流理论逐渐由纯理论转向应用研究 1994年在日本横滨召开的国际学术会议正式确立了将美国提出的智能交通系统ITS作为现代交通运输系统的发展方向和主流进行开发和研究。交通流理论的发展开始朝着不同学科的融合及传统理论创新等方向发展 伴随着计算机技术的飞速发展以及模糊论、突变论、混沌论、分形论、协同论等现代数学分支理论的诞生、发展和完善，交通流理论研究领域得到进一步拓展。 第二节 跟驰理论概述 1950年赫尔曼（Herman）博士运用动力学方法建立跟车模型，进而提出了跟驰理论。随后，Reuschel 和Pipes 研究了跟驰理论的解析方法。 车辆跟驰模型是运用动力学方法，探究在无法超车的单一车道列队行驶时，车辆跟驰状态的理论。 车辆