第4章 交通流理论祥解.ppt

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第4章 交通流理论祥解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 假设车辆顺次通过断面Ⅰ和Ⅱ的时间间隔为dt,两断面的间距为dx。同时,车流在断面Ⅰ的流入量为q,密度为K。车流在断面Ⅱ的流出量为(q+△q),密度为(K-△K)。 4.5.2 车流连续性方程 根据物质守恒定律,流入量-流出量=△x内车辆数的变化: 或 取极限得: 当车流量随距离而降低时,车流密度随时间而增大。 又因为q=Kv,交通流的运动方程为 车流的波动:车流中两种不同密度的分界面经过一辆辆车向后部传播的现象。 波速:车流波动沿道路移动的速度。 前进波:沿道路前进的波,波速为正。 后退波;沿道路后退的波,波速为负。 集结波:波阵面过后,车流密度变大。 疏散波:波阵面过后,车流密度变小。 集散波:包括集结波和疏散波。 4.5.3 车流波动理论 (1)基本概念 车队从速度Vl、密度K1(对应于车间距离l1)转变到速度V2,密度K2(对应于车间距离l2)。O为第一辆车的变速点,A为第二辆车的变速点、虚线OA的斜率就是集散波的波速。 4.5.3 车流波动理论(续) 一个车队中前三辆车运行的时间-空间轨迹 (2)交通波的基本方程 设变速点A的时刻为t,位置为x,则在时刻0到时刻t之间,两车车间距的变化为 l2-l1,第一辆车行驶的距离为t V2,第二辆车行驶的距离为t V1,则 l2-l1=t V2-t V1,t=(l2-l1)/(V2-V1)又因x=-l1+ tV1,则可得波速公式: 4.5.3 车流波动理论(续) 如果车流前后两行驶状态的流量和密度非常接近,则上式叫可演化为 ,这个公式是微弱波的波速公式,即车流中传播小紊流的速度公式。 (2)交通波的基本方程 4.5.3 车流波动理论(续) 设有一个交通波以速度w沿车道稳定地向右传播,波阵面s前车流密度为k1,速度为u1,波传过后车流密度变为k2,速度为u2。 以波阵面s为界面,将看到的原车流以w— u1的速度向左流过波阵面,而以w— u2的速度从波阵面流出。 假设为单车道,根据质量守恒定律,在波稳定传播的条件下,时间t内从波阵面右侧流入的车辆数应等于从左侧流出的车辆数,得到: (3)交通波的基本方程(简单证明) 4.5.3 车流波动理论(续) 集散波总是从前车向后车传播的,把单位时间内集散波所掠过的车辆数称为波流量。通常意义下的流量总是相对于道路的一个固定断面而言,而波流量则是相对于移动的波界面来计算的。 可以证明,波流量的公式为 Qw——车流波W的波流量; V2、V1——前后两种车流状态的车速; K2、K1——前后两种密度。 (4)波流量 4.5.3 车流波动理论(续) ① k2k1,且q2q1——集结波、前进波 相当于以较大的间距行驶的车队,后车催促前车依次不断加速逐步缩小间距的情况。 ② k2k1,且q2q1——集结波、后退波 相当于车队中的头车减速或刹车,跟随车辆依次采取同样行为的情况,如车队驶进信号灯控制的交叉口而红灯启亮的情况。 ③ k2k1,且q2q1——发散波、后退波 相当于停在停车线后的车队,绿灯启亮后逐渐启动的情形。 ④ k2k1,且q2q1——发散波、前进波 相当于以较小间距行驶的车队,从队尾起,各车辆依次减速,逐步拉大车距的情况 (5)波速公式的分析 4.5.4 交通波理论的应用举例 例4-4 车流在一条6车道的公路上畅通行驶,其速度为V=80km/h。路上有座4车道的桥,每车道的通行能力为1940辆/h,高峰时流量为4200辆/h(单向)。在过渡段的车速降至22km/h,这样持续了1.69h,然后车流量减到1956辆/h(单向)。试估计桥前车辆的排队长度和阻塞时间。 (1)分析道路上瓶颈地段的车流状况 (2)低速车插入高速车流产生的影响 (3)车队在信号等交叉口处的排队长度 4.5.4交通波理论的应用举例(续) 解:(1)排队长度 在能畅通行驶的车道里没有堵塞现象,其密度为 在过渡段,由于该处只能通过3800辆/,而现在需要通过4200辆/h,故出现拥挤,其密度为 波速 平均排队长度 4.5.4交通波理论的应用举例(续) (2)计算堵塞时间 已知高峰后的车流量q3=1956辆/h3880辆/h,表明通行能力已有富裕,排队已开始消散。 排队车辆 疏散车辆 则排队消散时间 则阻塞时间 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高

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