[理学]交通工程学课件第4章 道路交通流理论.ppt

第四章 道路交通流理论 概述 交通流是交通需求的实现结果，是交通需求在有限的时间与空间上的聚集现象； 交通流理论是研究在一定环境下交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系； 由于涉及人、车、路、环境之间的相互关系，交通流的形成过程非常复杂 。 名词： 元胞自动机、流体动力学…… 自适应、动态、随机、反馈…… 多行为主体Agent 、非线性、开放性…… 幽灵、崩溃、奇怪吸引子…… Who在研究交通流？ 物理学家Kerner、Helbing、Nakayama、Bando等; 交通科学家、数学家和经济学家。如，Herman（美国科学院院士）、Allsop（英国皇家工程院院士）、Newell（美国科学院院士）、Vickrey（诺贝尔经济学奖获得者）、Arnott（美国著名经济学家）等; 有的论文还发表在Science和Nature上. 交通模型分类 微观方法处理车辆相互作用下的个体行为，包括跟驰模型和元胞自动机模型(Cellular Automata, CA)等 宏观方法视交通流为大量车辆构成的可压缩连续流体介质，研究许多车辆的集体平均行为，比如LWR模型(Lighthill-Whitham-Richards ) 介于中间的基于概率描述的气动理论模型（gas-kinetic-based model） 教材上提到的四种交通流模型 概率统计分布的应用 随机服务系统理论(排队论)的应用 流体力学模拟理论(波动理论)的应用 跟驰理论(动力学模拟理论)的应用 §4－1 交通流的特性 一. 交通设施种类 交通设施从广义上被分为连续流设施与间断流设施两大类。 连续流主要存在于设置了连续流设施的高速公路及一些限制出入口的路段。 间断流设施是指那些由于外部设备而导致了交通流周期性中断的设置。如交通信号灯。 1. 总体特征 交通量Q、行车速度 、车流密度K是表征交通流特性的三个基本参数 此三参数之间的基本关系为： 式中：Q——平均流量(辆/h)； ——空间平均车速(km/h); K—平均密度(辆/km)。 能反映交通流特性的一些特征变量： (1)极大流量Qm，就是Q－V曲线上的峰值。 (2)临界速度Vm，即流量达到极大时的速度。 (3)最佳密度Km，即流量达到极大时的密量。 (4)阻塞密度Kj，车流密集到车辆无法移动(V=0)时的密度。 (5)畅行速度Vf，车流密度趋于零，车辆可以畅行无阻时的平均速度。 2. 数学描述 (1)速度与密度关系 格林希尔茨(Greenshields)提出了速度-密度线性关系模型： 　 当交通密度很大时，可以采用格林柏(Grenberg)提出的对数模型： 式中：Vm—对应最大交通量时速度。 　 　当密度很小时，可采用安德五德(Underwood)提出的指数模型： 式中：Km—为最大交通量时的密度。 (2)流量与密度的关系 (3)流量与速度关系 综上所述，Qm、Vm和Km是划分交通是否拥挤的重要特征值： 当Q≤Qm、K＞Km、V＜Vm时，则交通属于拥挤 当Q≤Qm、K≤Km、V≥Vm时，则交通属于不拥挤 例4-1 设车流的速度密度的关系为:  V=88-1.6K 如限制车流的实际流量不大于最大流量的0.8倍，求速度的最低值和密度的最高值?(假定车流的密度＜最佳密度Km) ? 解：由题意可知：当K=0时，V=Vf=88km/h, 当V=0时，K=Kj=55辆/km。 则：Vm=44Km/h,Km=27.5辆/km,Qm=VmKm=1210辆/h。 由Q=VK和V=88-1.6K，有Q=88K-1.6K2 (如图)。 当Q=0.8Qm时，解得：KＡ＝15.2，ＫＢ＝39.8。 又由题意可知，所求密度小于Km，故为KA。 故当密度为KA=15.2辆/km，其速度为： VA=88-1.6KA =88-1.6×15.2 =63.68km/h 即 KA=15.2辆/km，VA=63.68km/h为所求密度最高值与速度最低值。 思考题 例4-1 中，假定车流的密度最佳密度，其他条件不变。 求： 速度的最低值、最高值？ 密度的最高值、最低值？ 3.连续交通流的拥挤分析 (1) 交通拥挤的类型 ①周期性的拥挤 ②非周期性的拥挤 (2) 瓶颈处的交通流 3.连续交通流的拥挤分析 (3) 交通密度分析 　 (4) 非周期性拥挤 三. 间断流(Interrupted Stream)特征 教材P89 自学 §4－2 概率统计模型 引言 概率统计手