绪论
何兆成:
- 交通大脑的应用和研发
- 华为-交通信息物流系统实验室-主任
- 革新交通流理论:统一宏观微观模型
- 课后实验:http://vsensor.openits.cn
研究背景
- 交通问题日益突出
- 机动车保有量激增
- 道路设施建设滞后
- 交通管理水平亟待提高
- 交通认知水平
- 时空规律,拥堵机理
- 新思想、新方法、新技术综合应用
- ITS,控制理论,人工智能
研究目的:
- 数学精确描述人车路之间的相互作用
- 揭示交通流演变的(短时)时空规律
- 交通流演变的(长时)时空规律=>交通规划/交通设计
交通流理论创立
- 20世纪30年代,基于概率方法的理论分析
- Greenshields概率模型、稳态模型
- Reuchel 1950、Pipes 1953 跟车模型
- Lighthill & Whitham 1955 连续流体模型
- GM实验室 交通领域基础科学研究
- 交通理论国际学术会议ISTTT
(International Symposium on Theory of Traffic Flow and Transportation)
交通流理论的本质及内容体系
- 交通流理论本质上是一种实验科学
- 要建立描述实际现象的模型,而不是先建后套
- 交通流问题本身极为复杂
- 交通流的基本特征多繁杂
内容体系
交通流=>道路交通流=>交通流特性
=>驾驶员交通行为特性
=>微观模型跟驰模型=>优化速度模型、速度差模型
=>元胞自动机模型
=>宏观模型=>连续交通流模型、CTM模型
=>交叉口理论=>悟性好交叉口理论
=>信号交叉口理论
=>网络交通流=>交通需求模型
=>交通选择模型
=>交通分配模型
=>交通影响模型=>道路交通流
=>网络交通流
=>交通影响模型
本课主要偏重道路交通流模型
交通流特性:ch2
驾驶员交通特征:ch3 自学
微观模型:跟驰模型、优化速度模型、速度差模型、元胞自动机
宏观模型:连续交通流模型
传统理论
- 建模方法:数理统计、微积分
- 逻辑完美,限制多
现代理论
- 建模方法:人工神经网络、模糊理论
- 从数据中找规律,模型非绝对严谨,普适性较差
交通流理论研究内容
交通流特性研究
- 研究参数的统计分布规律
- q,v,k,车头时距,车头间距
- 研究参数间的关系
- q-v,q-k,k-v
交通流动态变化规律研究
微观:车辆间相互作用规律
- 研究车辆间纵向相互作用
- 研究车辆间横向相互作用(略讲)
- 研究车辆间横纵向耦合作用
- 何兆成 -横纵耦合的作用-物理学报文章
- 研究微观车辆行为与宏观交通流特性的关系
中观:车辆队列的行为
课程不会涉及
研究车辆队列在路段的运动
- 车辆以车队形式在道路中行驶
- 车速符合稳态速-密关系
研究车辆队列在交叉口的到达与离开
- 车辆队列排队模型
- 客:车辆
- 服务窗口:交叉口
- 服务:通行
宏观:车流的运动规律
- 以连续介质流体来类比车流的运动
- 以车流微元为研究对象
- 借助流体相关微分与积分物理方程
- 研究车流运动过程中流量、速度、密度的变化规律
- 一般采用离散化的数值计算模型
- 偏微分方程解析解难求,差分方程离散化求数值解。K(x,t)=?
- CTM
- CTM-V
- ……
- 一般采用离散化的数值计算模型
网络交通变化规律
- 研究描述网络交通的特征参数
- 路网平均车速
- 路网平均密度
- 路网运动与停止的车辆数、比例
- 路网拥堵指数
- 研究网络交通参数的变化规律
- 二(双)流模型
- MFD(宏观基本图)理论
- 热图模型
应用实例
- 林肯隧道
- 在高峰期非常拥挤,处于基本图的低流量、高密度区段
- 解决办法:“限制进入、增加输出”
- 新问题:流量稳定、过低
- 解决办法:确定车流的空间分布,进行动态控制
- 效果:至少提高了10%,常常达到12%,隧道内的平均车速大约是30英里每小时,而过去最差的时候只有10英里每小时。
2.交叉口运行评价及其优化
- 主要数据源
- 平面设计数据
- 交叉口线形、转弯半径、渠化
- 进口道车道数、车道宽度、车道方向
- 交叉口交通运行数据
- 到达流量、(离去)饱和流率等
- 信号控制配时
- 平面设计数据
- 评价
- 理论通行能力q1
- 高峰实际流量q2
- 高峰优化流量q3
- 实际负荷余量q1:q2
- 优化负荷余量q1:q3
- 信号控制水平q2:q3
高速公路交通流分析(宏观CTM模型)
广州市城市交通运行评价
评价指标
- 微观层:交叉口路段
- 平均速度
- 通行能力
- 饱和度
- 排队长度
- 平均延误
- 宏观层:区域路网
- 交通运行指数
- 拥堵指数
- 效率指数
- 稳定指数
- 路网承载能力
- 平均交通量
- 平均速度
- 平均密度
- 交通运行指数
针对限行政策的评价:
1)速度分析:路网全天平均车速变化不明显
2)拥堵分析:路网拥堵强度、拥堵比例、拥堵指数变化明显,符合交通参与者实际感受