交通流理论

第一章绪论交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系。

多年来，交通流理论在交通运输工程的许多领域，如交通规划、交通控制、道路与交通工程设施设计等都被广泛地应用着，应该说交通流理论是这些研究领域的基础理论。

近些年来，尤其是随着智能运输系统的蓬勃发展，交通流理论所涉及的范围和内容在不断地发展和变化，如控制理论、人工智能等新兴科学的思想、方法和理论已经用于解决交通运输研究中遇到的复杂问题，又如随着计算机技术的发展，模拟技术和方法越来越多地被用来描述和分析交通运输工程的某些过程或现象。

第一节交通流理论的沿革交通流理论的发展与道路交通运输业的发展和科学技术的发展密切相关，在交通运输业发展的不同时期和科学技术发展的不同阶段，对交通流理论的需求和研究能力都不同，因此产生了交通流理论的不同发展阶段。

按照时间顺序，交通流理论可以划分为三个阶段。

创始阶段此阶段被界定为20世纪30年代至第二次世界大战结束。

在此期间，由于发达国家汽车工业和道路建设的发展，需要摸索道路交通的基本规律，以便对其进行科学管理，道路交通产生了对交通流理论的初步需求，需要有人对其进行研究。

此阶段的代表人物为格林希尔治（Bruce D.Greenshields）, 其代表性成果是用概率论和数理统计的方法建立数学模型，用以描述交通流量和速度的关系，并对交叉口交通状态进行调查。

正是由于其奠基性工作，人们常常称格林希尔治为交通流理论的鼻祖。

快速发展阶段此阶段被界定为第二次世界大战结束至20 世纪50 年代末。

在这一阶段，发达国家的公路和城市道路里程迅猛增长，汽车拥有量大幅度上升，此时交通规划和交通控制已经提到日程。

如何科学地进行交通规划和控制，需要交通流理论提供支持。

此阶段的特点是交通流理论获得高速发展，并产生了多个分支和学术上的多个代表人物。

学术分支包括：车辆跟驰（car following ）理论、基于流体力学的交通波理论（traffic wave theory）和排队理论（queuing theory）等。

交通流理论的研究与应用随着城市发展和人口增加，交通问题逐渐凸显出来。

城市交通拥堵已经成为一个共识，而解决交通问题的首要途径就是交通流理论。

交通流理论是运用物理学与数学的规律来研究交通运输系统中车辆、行人和交通信号等因素的运动规律，以及交通系统的综合效益和问题的预测，为实现城市交通优化提供理论支持。

另外，交通流理论还包括信号控制理论、交通事故和事故预测、交通调度和管理、交通建设和维护等内容。

第一部分：交通流理论基础交通流理论首先需要研究的是交通流本身。

交通流可以看作是一种具有时间和空间特征的物理现象，它包含的主要特征有流量、密度和速度等。

通过对这些主要特征的研究，可以得出一些重要的结论，例如：交通流量的增加会导致交通拥堵的恶化，不同速度的车辆会造成交通流的不稳定等。

其中，最重要的参数是密度，它描述了道路上的车辆数量。

密度的变化会导致流量和速度的变化。

例如，在一个道路容量已满的情况下，增加车辆的密度会导致速度的降低，从而导致更多的车辆进入道路，最终导致拥堵。

第二部分：交通流控制方法交通流控制是交通流理论的重要应用之一。

交通流控制的目的是维持道路交通的高效、安全和顺畅，减少交通事故的发生。

常用的交通流控制方法主要有：信号控制、交通管理和调度以及道路设施优化等。

这些方法的应用可以减少交通拥堵并优化交通效率。

例如，在繁忙的路口设置交通信号灯，就可以减少车辆的堆积并缓解交通拥堵，提高路口的通行效率。

第三部分：交通流预测与仿真交通流预测是指通过对当前交通状态的分析，来预测未来的交通情况。

这一预测过程需要使用到数学模型和仿真技术。

仿真技术是交通流理论应用的常用工具之一，可以通过对实际道路交通的分析来模拟不同交通流量、密度和速度下的交通状况，为制定有效的交通安全策略和政策提供了科学依据。

通过仿真方法，可以有效地解决交通拥堵、交通事故、交通信号优化以及交通规划等问题。

总之，通过对交通流理论的研究并结合实际应用，可以制定出更加科学的交通管理政策，保障城市的交通安全和高效运行。

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。

第九章信号交叉口理论信号交叉口交通流理论，主要研究信号交叉口的通行能力以及采用单点控制的交叉口和协调控制系统中车辆延误与排队长度的计算。

信号交叉口的通行能力是分析信号交叉口交通状况和进行配时设计与评价的基础，延误与排队长度是决定信号交叉口服务水平和计算燃油消耗与排放的主要因素。

目前应用的交叉口延误模型是按照均衡延误和随机延误两部分来描述的，它反映了交通流的流动特性和随机特性。

交叉口延误模型的均衡延误部分是建立在交通流流体理论的基础上的，该理论要求将交通的供、求量都视为连续变量，通常用流率来表示，而流率是随时间和空间变化而变化的；随机延误部分是建立在稳态排队理论的基础上的，该理论定义了交通流到达与排队的分布。

考虑了均衡延误和随机延误的交通流模型在交通控制领域是非常有用的，它可以应用于各种不同的信号控制类型，而且形式较简单。

这种模型现已受到越来越多的关注，成为很多国家进行交通分析与控制的工具，并且已经应用到了实际的交叉口控制当中。

本章首先介绍信号交叉口的交通特性，包括通行能力分析以及车流在交叉口的受阻过程，然后介绍在交通流不同的到达情况下，各种延误模型对延误时间和排队长度这两项控制效果参数的计算。

第一节信号交叉口的交通特性信号交叉口车流的运行特性及其通行能力，直接取决于信号配时的情况。

为便于研究，我们主要分析采用固定式配时的孤立信号交叉口。

首先介绍两个概念：相位和绿灯间隔时间。

所谓相位，就是指在一个信号周期内一股或几股车流，不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色的连续时序称作一个信号相位。

绿灯间隔时间是指一个相位绿灯结束到下一相位绿灯开始之间的时间，这是为了避免下一相位头车同上一相位尾车在交叉口内相撞所设，也叫交叉口清车时间，常用I表示。

一、信号交叉口车流的运动特性当一个交叉口的相位安排确定之后，车流通过交叉口时的基本运动特性如图9—1所示。

这一基本模式是由克莱顿（Clayton）于1940～1941年提出的，后来沃德洛尔、韦伯斯特和柯布（Cobbe）等学者沿用并发展了克莱顿的模式，使之成为今天我们看到的图示。

交通流理论及应用王昊课后答案4-1 在交通流模型中，假定流速 V 与密度 k 之间的关系式为 V = a (1 - bk)2，试依据两个边界条件，确定系数 a、b 的值，并导出速度与流量以及流量与密度的关系式。

解答：当V = 0时，，∴ ；当K＝0时，，∴ ；把a和b代入到V = a (1 - bk)2∴ ，又流量与速度的关系流量与密度的关系 4-2 已知某公路上中畅行速度Vf = 82 km/h，阻塞密度Kj = 105 辆/km，速度与密度用线性关系模型，求：（1）在该路段上期望得到的最大流量；（2）此时所对应的车速是多少？解答：（1）V—K线性关系，Vf = 82km/h，Kj = 105辆/km∴ Vm = Vf /2= 41km/h，Km = Kj /2= 52.5辆/km，∴ Qm = Vm Km = 2152.5辆/h（2）Vm = 41km/h4-3 对通过一条公路隧道的车速与车流量进行了观测，发现车流密度和速度之间的关系具有如下形式：式中车速以 km/h计；密度 k 以 /km 计，试问在该路上的拥塞密度是多少？解答：拥塞密度Kj为V = 0时的密度，∴ ∴ Kj = 180辆/km4-5 某交通流属泊松分布，已知交通量为1200辆/h，求：（1）车头时距t ≥ 5s 的概率；（2）车头时距 t ＞ 5s 所出现的次数；（3）车头时距 t ＞ 5s 车头间隔的平均值。

解答：车辆到达符合泊松分布，则车头时距符合负指数分布，Q = 1200辆/h （1）（2）n = = 226辆/h（3）4-6 已知某公路 q=720辆/h，试求某断面2s时间段内完全没有车辆通过的概率及其出现次数。

解答：（1）q = 720辆/h，，t = 2sn = 0.67×720 = 483辆/h4-7 有优先通行权的主干道车流量N＝360辆/ h，车辆到达服从泊松分布，主要道路允许次要道路穿越的最小车头时距=10s，求(1) 每小时有多少个可穿空档?(2) 若次要道路饱和车流的平均车头时距为t0=5s，则该路口次要道路车流穿越主要道路车流的最大车流为多少?解答：(1) 如果到达车辆数服从泊松分布，那么，车头时距服从负指数分布。

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟交通流理论中的基本图方法和三相交通流理论，验证不同交通状态下的车辆流动规律，分析车辆速度、密度与流量之间的关系，并探讨如何优化交通控制策略以减少交通拥堵。

二、实验原理1. 基本图方法：基本图方法将交通流分为自由流和拥挤流两种状态。

在自由流状态下，车辆以最大速度行驶；在拥挤流状态下，车辆速度降低，密度增加。

2. 三相交通流理论：三相交通流理论由德国物理学家Kerner提出，将交通流分为三个状态：自由流、缓行流和拥堵流。

不同状态下的车辆速度、密度和流量存在复杂的关系。

三、实验材料与设备1. 实验材料：元胞自动机模拟软件、交通流数据集、绘图工具。

2. 实验设备：计算机、网络连接。

四、实验步骤1. 数据准备：收集不同交通状态下的车辆速度、密度和流量数据。

2. 基本图方法模拟：- 利用元胞自动机模拟软件建立交通流模型。

- 设置初始条件，包括道路长度、车辆数量、速度等。

- 运行模型，观察并记录车辆速度、密度和流量变化。

3. 三相交通流理论模拟：- 在基本图方法模拟的基础上，引入三相交通流理论的相关参数。

- 运行模型，观察并记录车辆在不同状态下的速度、密度和流量变化。

4. 数据分析与比较：- 对比基本图方法和三相交通流理论模拟结果。

- 分析不同交通状态下的车辆流动规律。

- 探讨优化交通控制策略的方法。

五、实验结果与分析1. 基本图方法模拟结果：- 在自由流状态下，车辆以最大速度行驶，流量较高。

- 在拥挤流状态下，车辆速度降低，密度增加，流量降低。

2. 三相交通流理论模拟结果：- 在自由流状态下，车辆以最大速度行驶，流量较高。

- 在缓行流状态下，车辆速度降低，密度增加，流量降低。

- 在拥堵流状态下，车辆速度进一步降低，密度增加，流量极低。

3. 数据分析与比较：- 与基本图方法相比，三相交通流理论更准确地描述了交通流状态的变化。

- 三相交通流理论能够更好地解释交通拥堵现象，为优化交通控制策略提供理论依据。

交通流理论_长安大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.已知交通流量与密度之间的函数关系是q=100*k*（1-k/120）,其道路通行容量是多少参考答案:3000veh/h2.交通流基本关系包括参考答案:速度与密度关系_流量与密度关系_流量与速度关系3.交通流量与密度关系可以反映那些交通特征量参考答案:拥挤密度_道路通行能力4.交通流基本关系函数与时间没有关系参考答案:正确5.交通信息检测器主要包括那些类型：参考答案:移动式交通检测_定点式交通检测器_空间式交通检测器6.道路上的车流量为720辆/h，车速为60 km/h，今有一辆超限汽车以30km/h的速度进入交通流并行驶5km后离去，由于无法超车，就在该超限车后形成一低速车队，密度为40辆/km，该超限车离去后，受到拥挤低速车队以车速50km/h，密度为25辆/km的车流疏散，最大排队长度是多少？参考答案:2.14km7.可以检测交通流量信息的检测器有那些：参考答案:环形线圈检测器_雷视一体交通信息检测器8.设车流的密度与速度关系为 u=88-k，一列车头间距为20m的车队向某一交叉口驶去，已知该交叉口的红灯时间为50s，该交叉口的最大排队车辆数。

参考答案:61辆9.交通流参数的离散型分布包括参考答案:泊松分布_负二项分布10.两种交通流量状态形成的交通震荡波的计算公式参考答案:uw=(q2-q1)/(k2-k1)11.自由流速度是100km/h，拥挤密度是200veh/km，流量与密度关系Q(k)=100(1-k/200)k。

一个路段长度是120公里，其中在初始时刻0-20km 之内的密度是30veh/km,20-120km之间的密度是20veh/km. 在t=0.5h，x=45km，密度数值是多少？参考答案:30veh/km12.交通流的运动波波速可以表示为参考答案:流量对密度的导数13.视频交通信息检测器可以检测的信息有那些参考答案:交通流量_车头时距14.微观交通参数包括哪些参考答案:车头时距_车头间距15.车头时距的连续性分布函数包括参考答案:负指数分布_移位负指数分布_爱尔朗分布16.一个信号灯路口进口道，每分钟最多通过10辆车，如果，某个小时内到达该进口道的车辆数是600辆，该时间段内到达的车辆全部都可以通过该路口参考答案:错误17.一个单行道上，如果，车头时距超过10秒，行人就可以通过该道路，在某个小时该道路的车流量是600辆，行人在这个时间段内一定不可能通过这个道路。