交通工程学第七讲交通流理论排队论模型跟弛模型与交通波模型
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交通流理论发展概述摘要:对已有交通流理论研究内容作了归纳总结。
强调指出现有交通流理论存在较大的缺陷和不足,影响了实际应用效果。
对近年来交通流理论的进展进行了较全面的综述,以作为进行新的交通流理论研究的基础;最后预测了交通流理论的发展方向,认为应该以系统科学的新方法去推动交通流理论的新发展。
关键词:交通流理论,交通流,系统1 引言交通流理论是运用物理和数学的定律来描述交通特性的一门边缘学科。
它的应用能更好地解析交通现象及其本质,使道路发挥最大功效。
作为交通工程学的基础理论,多年来交通流理论广泛应用于交通运输工程的许多研究领域。
交通运输系统是一个复杂的大系统, 随着经济发展及城市之间社会交往与经济贸易日渐频繁[1],交通需求发生了前所未有的迅速增长,加之我国人口稠密, 交通设施原本落后,以及作为发展中国家工业化过程中的机动车高增长率使交通供不应求的矛盾日益尖锐。
另一方面, 我国特有的行人、非机动车和机动车三元混合交通流构成与相对落后的交通流组织、管控之间的矛盾也愈发突出。
此两方面相互影响, 共同导致严重的交通拥挤和堵塞。
目前,解决交通拥塞的主要方法有二: 一是在“硬件”方面,加强交通基础设施建设,新建道路、立交或对现有的道路网络进行改造以增加通行能力;二是在“软件”方面,对交通流进行科学的组织与管控, 充分发挥现有交通网络的通行潜力, 最大程度上使交通流做到有序流动。
比较而言,方法二所需投资较少,在短时间内(一定条件下)可望取得一定的实效。
然而令人遗憾的是,上述解决方法仍未在实际中取得明显的成功,这不能不引起人们深入的反思。
究其原因,一是在实践方面,由于交通系统是一个复杂的大系统,任何单一层次、几种方法的简单集成都难以解决交通不畅这一“顽症”,必须采用系统工程的思想和方法, 通过科学、系统的综合治理来加以解决。
另一方面,目前解决交通拥塞所基于的交通流理论及由此衍生的管控方法存在严重的缺陷,亟需发展更加有效的、更能在本质上反映实际交通特性的交通流理论,以指导交通流组织管控实践。
交通工程中的交通流模型随着城市化进程的加速,人们的出行需求也越来越强烈。
交通工程作为一门综合性学科,旨在为城市交通提供科学的规划和管理。
而交通流模型是交通工程中非常重要的研究领域,掌握了交通流模型,可以更准确地预测道路拥堵状况,制定科学的交通规划,提高城市的通行效率。
一、什么是交通流模型?交通流模型是指对交通环境中各种因素的分析和模拟,以便更好地了解流量、流速、密度、通行状况等交通行为和地段的各种规律。
主要包括宏观模型和微观模型。
宏观模型是基于系列统计数据,采用概率分析和流量预测的方法,根据交通环境的总体特征,对交通流动规律、特征参数等进行研究和分析。
微观模型是基于道路拓扑结构和行车规则,通过对单车辆运动状态的模拟,描述交通环境中车辆的一系列动作和行为,并探究其因素、变化和效果等方面的规律。
二、交通流模型的应用交通流模型的应用十分广泛。
应用交通流模型,可以确认拥挤路段及其所引起的拥堵原因,预测交通环境中的流量、速度、密度和通行能力,评估道路改善项目等。
在城市交通规划和设计中,交通流模型是一种非常有效的工具,可协助规划者制定科学的规划和解决实际问题。
三、常用交通流模型常用的交通流模型主要包括饱和流模型、排队模型、微观交通流模型等。
1.饱和流模型饱和流模型是交通流模型中常用的一种,它是即时流量和容量的比值。
在道路饱和时,路段上的车辆数已经超过了它所能承载的容量,此时路段的通行能力和效率就会降低。
因此,在交通规划中,饱和流模型可以用来了解道路瓶颈、道路吞吐量和等待时间等因素。
2.排队模型排队模型通常用于衡量交通拥堵状况,这类模型假设车辆以一定的速度前行,当前方存在车辆时,车辆必须改变速度或停下,引发拥堵。
排队模型可以表达车辆之间相互作用关系,以及车辆的移动效率等。
3.微观交通流模型微观交通流模型主要研究单个车辆行驶的动态特性,包括车辆行驶速度、车道变换、加速和减速规律、路线选择等行为。
与宏观模型不同,微观模型更进一步地分析交通流,能够更准确地反映实际交通状况。
道路交通网络中的交通流模型随着城市化进程的加快,道路交通拥堵问题日益突出。
为了更好地解决道路交通问题,需要深入研究道路交通网络中的交通流模型。
一、交通流理论交通流理论是描述道路交通运算过程的一门学科,主要研究交通流的特征、交通拥堵的原因以及拥堵时的交通流规律等。
交通流的特征主要包括流量、密度、速度、加速度等,交通拥堵的原因主要是路网系统的瓶颈,以及车辆之间的相互影响。
拥堵时的交通流规律包括瓶颈效应、排队理论等。
二、交通模型交通模型是指用数学方法描述道路交通运输系统的一种技术手段。
通过建立交通模型,可以更加准确地预测交通状况,为交通规划和交通管理提供有效的决策依据。
目前,常见的交通模型主要包括微观模型和宏观模型两种。
1.微观模型微观模型是指运用微观经济学理论和方法来描述道路交通运输系统的模型。
微观模型主要研究各种交通网络和交通运输行为中的细节问题,如车辆的起点和终点、车辆的行驶路线、车辆的速度等。
2.宏观模型宏观模型是指运用宏观经济学理论和方法来描述道路交通运输系统的模型。
宏观模型主要研究交通流的总体特征,如交通流量、速度、密度等。
三、交通流模型交通流模型是指描述道路交通流动情况的一种数学模型。
交通流模型可以帮助我们更加深入地了解交通流的规律,以及不同交通状况下的交通流变化情况。
目前,常见的交通流模型包括线性模型、广义线性模型、非参数模型、卡尔曼滤波模型等。
1.线性模型线性模型是指将交通流的属性表示为线性的关系式,通常采用回归分析来进行建模。
线性模型适用于交通流量较小、交通状况相对稳定的情况。
2.广义线性模型广义线性模型是指将交通流的属性表示为非线性的关系式,通常采用广义回归分析来进行建模。
广义线性模型适用于交通流量较大、交通状况较为复杂的情况。
3.非参数模型非参数模型是指对于交通流的特征没有先验假设,采用一种无需先验假设的方法进行建模。
非参数模型适用于交通流特征非常复杂、交通状况无规律的情况。
4.卡尔曼滤波模型卡尔曼滤波模型是指采用卡尔曼滤波算法对交通流进行建模,以估算未知变量的值。
交通流理论要点一、传统交通流理论与现代交通流理论的区别:传统交通流理论所谓的传统交通流理论是指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础的交通流理论,其明显特点是交通流模型的限制条件比较苛刻,模型推导过程比较严谨,模型的物理意义明确,如交通流分布的统计特性模型、车辆跟驰模型、交通波模型、车辆排队模型等。
传统交通流理论在目前的交通流理论体系中仍居主导地位,并且在应用中相对成熟。
现代交通流理论现代交通流理论是指以现代科学技术和方法(如模拟技术、神经网络、模糊控制等)为主要研究手段而形成的交通流理论,其特点是所采用的模型和方法不追求严格意义上的数学推导和明确的物理意义,而更重视模型或方法对真实交通流的拟合效果。
这类模型主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测,而使用传统交通流理论要达到这些目的就显得很困难。
传统交通流理论和现代交通流理论并不是截然分开的两种交通流理论体系,只不过是它们所采用的主要研究手段有所区别,在研究不同的问题时它们各有优缺点。
在实际研究中常常是两种模型同时使用效果更好。
二、交通流理论的研究内容交通流理论研究内容划分成如下10个部分:(1)交通流特性(Traffic Stream Characteristics)研究表示交通流特性的三个参数:流量、速度、密度的调查方法、分布特性及三者之间关系的模型。
(2)人的因素(Human Factors)研究驾驶员在人、车、路、环境中的反应及其对交通行为的影响。
(3)车辆跟驰模型(Car Following Models)研究车辆的跟驰行为、交通的稳定性和加速度干扰等数学模型。
(4)连续流模型(Continuous Flow Models)利用流体力学理论研究交通流三个参数之间的定量关系,并根据流量守恒原理重点研究交通波理论。
(5)宏观交通流模型(Macroscopic Flow Models)在宏观上(即在网络尺度上)研究流量、速度和密度的关系,重点研究路网不同位置(相对城市中心而言)的交通流特性(书二)。