元胞自动机FI和NS交通流混合模型的研究

考虑车辆的驾驶员具有其不同的驾驶特点,建立了单车道开放边界条件下元胞自动机FI模型和NS模型混合的交通流模型．通过计算机模拟,研究了混合交通流的密度、速度和流量受边界、NS型车辆的随机减速概率PNS、FI型车辆的随机减速概率PFI和NS型车辆的产生概率α′的影响．结果表明,PNS和α′是决定混合交通流的主要因素,它们的值越大,混合交通流的密度、速度和流量就越小,混合模型的密度、速度和流量都比NS模型的大．     

元胞自动机慢启动规则交通流模型的能耗研究

文章对TT、BJH和VDR 3种典型的慢启动规则元胞自动机交通流模型的能耗和能量耗散进行了研究,通过分析NaSch模型车辆在加速、确定减速和随机减速3个过程的做功,提出元胞自动机交通流模型的平均能耗公式和平均能量耗散公式,通过数值模拟分别讨论了在周期边界条件下车辆的能耗和能量耗散。结果表明,车辆的加速的能耗和减速的能量耗散相等,能耗和能量耗散与车辆初始分布的状态和演化规则有关。     

单车道双概率元胞自动机模型

在分析经典一维单车道元胞自动机模型的基础上,提出了改进FI模型的TPFI模型.该模型在FI模型的基础上增加一个新的随机慢化概率,以减少FI模型中过大的瞬时加速度出现的概率.运用TPFI模型来描述交通流参数:密度-流量关系,发现在取得合适的概率值组合的条件下,该模型模拟的密度-流量曲线比其他元胞自动机模型的模拟结果更加接近于实际数据曲线,通过计算机编程实现车辆时空图模拟,验证TPFI模型与FI模型适用于低密度、高速度的交通流仿真.     

考虑近邻和次近邻车辆影响的单车道元胞自动机模型

提出了一种考虑当前车辆前方两个车辆影响的单车道元胞自动机模型,根据双倍视距模型的思想修改了NaSch模型的加减速规则.计算机模拟表明,本文提出的模型能够呈现真实交通中观察到的一些复杂交通流现象,如时走时停波等,且最大流量和临界密度比NaSch模型更接近真实交通流的测量值.此外模拟结果表明通过参数调整可使车辆间保持一定的安全间距行进.最后,还讨论了近邻车辆的敏感系数和次近邻车辆的敏感系数的影响.模拟结果表明,固定任何一个参数的值,最大流量都会随另一个参数的增大而增加,对流量的影响显著,说明近邻车辆的影响大于次近邻车辆的影响.     

敏捷驾驶在交通流中的作用

在交通流NaSch模型的基础上,考虑了当车辆速度大于车间距时,司机对前车的敏感驾驶随机减速行为,其概率与最大速度驾驶及延迟加速的随机过程不同,由此提出了一维交通流元胞自动机模型．计算机数值模拟结果得到的基本图显示出交通容量非常接近实测的交通容量,而且还显示出亚稳态特征、滞后效应和相分离现象等复杂的实际交通行为;这都是由于敏感驾驶所导致的,而且表明交通流元胞自动机模型演化步骤的顺序对交通流的状态起了很大的作用．并且这样的模型是合理和符合实际的．     

考虑时延的网联车混合交通流基本图模型

由于智能网联车的不断发展,未来将出现智能网联车和人工驾驶车共同存在的混合交通流,因此,研究道路上的混合交通有助于解决交通拥堵等问题,具有一定的现实意义。为探究这类混合交通流的流量、密度和速度之间的关系,文中综合考虑智能网联车辆退化和车辆时延,建立了自动驾驶环境下混合交通流的基本图模型。首先,确定交通流中的车辆类型和不同类型车辆的比例,并考虑联网智能车辆跟随人工车辆时发生的车辆功能退化;然后,确定3种车辆的延迟时间并改进每种车辆的跟驰模型;在此基础上,同时考虑车辆时延和车辆功能退化两种因素,推导出交通流平衡时的基本图模型,并对模型中的自由流速度参数进行敏感度分析。研究结果表明,智能网联车对混合交通流的最大流量和最佳密度有积极影响,车辆时延有消极影响,自由流速度则对混合交通流的最大流量有积极影响,对最佳密度有消极影响。SUMO仿真结果表明,在不同场景下仿真得到的流量–密度分布点符合理论曲线,验证了文中理论模型的准确性。     

人工和ETC混合收费方式对车辆能耗的影响

【目的】为探讨高速收费站全面设置ETC通道的必要性,研究人工和ETC收费方式共存的高速公路收费站路段的车辆能耗模型。【方法】基于元胞自动机NaSch交通流模型,针对人工和ETC收费方式共存的单向单车道的收费站路段提出车辆的能耗公式,并数值模拟周期边界条件下人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度对车辆能耗的影响。【结果】人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度越大,道路上车辆的能耗值就越小,对应的流量和平均速度也越小,道路交通越拥堵。【结论】人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度对车辆能耗都有一定程度的影响。     

一种高速公路隧道交通流元胞自动机模型

针对高速公路隧道交通瓶颈,通过分析高速公路隧道区域通行环境特性,研究车辆行驶在高速公路隧道路段时的换车道、加速、减速等微观交通现象,在双车道元胞自动机模型STCA模型基础上,引入车辆速度控制条件和车道控制条件,提出了一种高速公路隧道交通瓶颈元胞自动机模型,分析了不同长度高速公路隧道对区域路段交通流的影响。研究结果表明：建立的模型能够模拟车辆在高速公路隧道区域的时空变化特征;高速公路隧道瓶颈会对紧邻瓶颈下游的特定长度路段的交通流产生缓冲作用;隧道路段区域的最大流量以及平均车速与无隧道路段区域相比,将会随着隧道长度的增加而逐渐降低。     

收费站对高速公路交通流能耗的影响

【目的】为探讨电子收费(ETC)通道设置的必要性,研究高速公路收费站路段的交通流能耗模型。【方法】在元胞自动机NaSch交通流模型的基础上,针对单向单车道的收费站路段提出交通流的能耗公式,并数值模拟周期边界条件下车辆在收费站的滞留时间对交通流能耗的影响。【结果】车辆在收费站的滞留时间越长,道路上交通流的能耗值越小,对应的流量和平均速度也越小,交通堵塞现象就越早发生;人工收费站路段的交通流能耗比电子收费站路段的交通流能耗值小。【结论】人工收费站路段比电子收费站路段更容易发生交通堵塞现象。     

多级速度效应模型的分析解

基于速度效应模型,提出了多级速度效应模型。在建立该模型的过程中,将原本仅考虑目标车辆之前的第一辆车的虚拟速度推广至考虑前方多辆车的虚拟速度,因而该模型所包含的交通信息更为丰富,更能真实地反映实际道路交通状况。数值模拟得到的基本图显示:存在交通噪声(随机减速概率p≠0)时,较之NaSch模型更接近于实测数据;无交通噪声(随机减速概率p=0)时,能诱发亚稳态和迟滞现象。进一步借助于平均场理论,获得了多级速度效应模型在存在交通噪声时流量的近似解,无交通噪声时流量的精确解。     

考虑期望间距的全速度差模型及其能耗

基于全速度差(full velocity difference,FVD)模型,通过考虑期望间距,提出了一种推广的车辆跟驰模型,即扩展的全速度差(extended FVD,EFVD)模型;并给出能量耗散的计算公式,对EFVD模型的能耗进行了研究。信号灯车队启动问题的模拟结果表明EFVD模型的启动延时时间和启动波速均在允许的范围内,加速度较优化速度(optimal velocity,OV)模型和FVD模型略小,且加速过程更贴近现实情况。车队刹车问题的仿真结果表明EFVD模型不会产生不切实际的减速度问题。通过车队碰撞问题的模拟,可知EFVD模型模拟的车头距大于车辆长度,避免了车辆的碰撞。车流扰动问题的数值模拟结果表明考虑期望间距的影响可以增强交通流的稳定性,在一定程度上抑制交通阻塞。能耗仿真结果表明,EFVD模型的能耗比FVD模型的能耗小。     

基于坡道元胞自动机模型的能耗研究

针对上坡路段汽车需减小车速增大牵引力的现象,假定坡道倾度与车辆在坡道上的最大速度成反比,基于元胞自动机NaSch交通流模型建立包含有坡道的单车道元胞自动机模型,用数值模拟研究在周期边界条件下,坡道长度和倾度对交通流能耗的影响.结果表明:坡道长度和倾度对交通流能耗均有很大的影响,坡道长度越长、坡度越大,车速被限速越厉害,...     

混合车流下单车道道路通行能力分析

以跟驰理论为基础,通过对由大、小两种车型构成的混合车流不同跟驰序列、不同组合概率的研究,得出了跟驰车头时距单车道路段多车型混合车流通行能力模型。研究表明,单车道路段多车型混合车流通行能力不仅与反应时间、车辆长度、车辆速度、制动性能有关,还与混合车流的车辆组成状况及跟驰序列有关,最后分析了各影响参数之间的关系。     

路段多车型混合车流通行能力

利用概率论方法,通过对由多种车型构成的混合车流不同跟驰序列,不同组合概率的研究,得到了跟驰车头时距路段多车型混合车流通行能力模型.基于经典车头间距模型,通过对混合车流不同跟驰序列下最小车头间距的研究,得到了多车型混合车流的组合车头间距,进而得到了跟驰车头间距路段多车型混合车流通行能力模型.推广了由大、小2种车型构成的混合车流的通行能力模型.研究表明,路段多车型混合车流通行能力不仅与反应时间、车辆速度、车辆长度、制动性能等有关,还与混合车流的车辆组成状况及跟驰序列相关.最后实例分析了不同小型车混入率情况下路段通行能力的变化状况.     

城市静态网络交通流研究

基于BML模型,将城市道路设置为10×10条道路的二维静态网络,在开放性边界条件下,研究不同消失概率、车辆长度、最大速度及红绿灯周期与绿信比等影响因素对东西向车道和整个网络交通流特性的影响,再现与实际交通相一致的非线性现象。     

关键交叉口与双周期交叉口间路段上的车辆排队模式及测算方法

为了描述周期时长不相等的协调信号交叉口间路段上车辆排队的集结与消散现象,以关键交叉口周期时长为双周期交叉口周期时长的2倍为例,基于冲击波理论,针对两个相邻交叉口之间路段上的上、下行车流分别描述了车辆排队的各种模式并建立了车辆排队长度模型。为了验证模型的有效性,利用VISSIM交通仿真软件设计了模拟实验方案。考虑不同条件下信号红时差与交通流率的多种组合,通过仿真实验共得到35组数据,每组数据均获得84个有效数据点。结果显示,上、下行方向的车辆排队消散长度的计算值与模拟值的相对误差小于10%的周期分别占75.56%和95.00%;交叉口信号周期越长,其排队消散长度的平均值和最大值也相应地越长。研究结果表明,该模型可以用来估算周期时长不相等的协调信号交叉口间路段上车辆的排队长度,从而为交通控制方案的优化与调整提供理论依据。     

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。     

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。     

城市交通网多车类备用能力模型与算法

考虑城市混合交通中公交车流的特殊性而建立了最优信号控制下的多车类备用能力模型来研究不同车类交通流之间的相互作用及对路网备用能力的影响．设计了带极值扰动的简化粒子群求解算法（dsP-SO）,模型约束的处理采用边界附近不可行解部分保留的方式,给出的算例验证了该算法求解约束双层规划模型的有效性．研究结果表明,起--讫点（OD）总流量的增减不意味着该OD上所有车类流量都随之增减,设置适当的最小OD需求量乘子能确保各车类用户的利益不受损害．     

高速公路坡道对交通流的影响

采用周期边界条件,建立单车道不同路段最大速度不同的元胞自动机交通流模型,模拟研究坡道长度、坡道倾度、较慢车混合比例和增设爬坡道对高速公路交通流的影响。结果表明,坡道长度不同时,车辆的临界密度相同,车辆达到临界密度之前的平均速度随坡道长度的增加而减小,在中等密度区域对应的交通流量随坡道长度的增大而减小;坡道倾度增大时,车辆平均速度明显减小,相应的车辆临界密度也减小,在中等密度区域内的最大流量随着坡道倾度增大而迅速减小;只要有较慢车存在,不同较慢车的混合比例对交通流的影响基本相同;增设爬坡道前后车辆的临界密度相同,增设爬坡道后的车辆平均速度比没有爬坡道时大,密度不是特别大时,增设爬坡道可以大大提高高速公路的通行能力。