城市道路交通问题与交通流模型

分析了目前城市道路交通存在的严重问题．从连续性描述、统计描述、离散描述3种研究方式,综述了交通流流体力学模型、气体动力论模型、跟驰和元胞自动机模型的研究进展,分析了主要交通流模型的建模思想、动力学方程(或演化规则)以及研究方法,展望了今后交通流模型的发展趋势．     

交通流理论的研究进展

交通难已成为困扰大中城市发展的普遍问题,亟待发展有效的交通流理论来指导这一问题的解决。本文从交通流的动力分析和交叉口延滞模型两大方面评介交通流理论研究进展和现状,列举了有关的数学、力学模型,分析了它们的效用与不足之处。      

高架路匝道附近的交叉口交通流分析

考虑高架路匝道附近的交叉口交通流问题．所采用的模型是经修正的一维管流交通流模型,在运动方程中引入了弛豫项．基于该模型,对上海市内环线的武宁路匝道附近的交通流进行了案例分析,着重对主干道上的右转车辆干扰效应进行了数值模拟,所得结果与实测数据相当符合．分析表明,右转车辆对主干道的“挤压”效应是引起某些交叉口交通拥塞的重要原因,而设置在繁华路口的高架路匝道加剧了这种拥塞状况。     

大城市高架路实测数据分析与交通流模型研究

对上海市中心延安高架路一个路段交通流进行长时间录像拍摄,提取到``车速-车头间距'有效数据26000余对. 应用该批实测数据,对多种常见交通流速密关系模型进行比较研究后发现,一维管流模型在我国高速道路交通流参数计算中具有优势. 提出采用变参数一维管流模型刻画交通流非线性特征的基本方法.      

交通流理论

交通工程在有计划的商品经济发展中占有战略性的优先发展的重要地位,而交通流理论是交通工程学的基础.作者从世界发达国家的交通研究状况分析,认为交通流理论的形成和发展是交通工程与应用数学、应用力学等学科相互渗透、结合的产物.文中简要的叙述了现有的交通流动力学理论,流体力学理论、排队论、概率论和统计分布理论的研究内容,指出,交通流理论在我国目前还处于很不成熟的初级阶段,今后用系统论、控制论、信息论及数学力学模型理论进一步丰富和发展交通流理论的科学工作者努力的方向.     

交通流相变过程的能量谱分析

为研究交通流相变过程问题,对一维交通流进行元胞自动机模拟,进行截面车流率数据提取,并将数据经过离散的傅里叶变换进行能量谱分析．研究结果发现：在阻塞相,系统周期即为因采用周期边界条件而形成的交通激波周期;在高密度区所对应的同步交通流状态中,系统中仍然存在着周期性波动,该周期明显异于交通激波周期,因而其形成原因不能简单归结为周期边界条件的影响;在低密度区对应的自由流状态下,没有此类波动存在．     

基于交通流实测数据的加速度研究

采用6 个不同密度下的交通流样本, 从视频中提取大量跟驰车对的车头间距、车速、加速度和速度差数据. 统计分析发现, 加速度值域关于0 点具有对称性; 不同密度下加速度分布具有不同特征; 车头间距、车速和速度差对加速度的影响程度随密度不同而不同. 利用实测数据对GM 模型和Bando 模型进行参数优化, 据此提出一种GM 模型的简化形式和一种改进的Bando 模型, 两者拟合该文实测数据的平均误差都在6% 以下.      

关于交通流中扰动传播和发展的数值模拟

针对不同拥挤程度交通流中扰动的传播和发展，进行了系统的数值模拟研究. 讨论了PW模型、一维管流模型、单侧传播模型等几种典型交通流模型的不同特征；指出了 不同差分格式对数值结果的影响；也分析了数学模型中不同形式的平衡函数的作用. 结果发 现在适当的数学模型、平衡函数和离散格式下，能够对交通流中扰动的传播和发展，特别是 扰动波的传播速度，取得与实际测量数据相当接近的模拟效果. 建议了分别适用于不同密度 交通流的计算格式.     

Fukui—Ishibashi交通流基本图解析研究

本文对于含高速运动车的Ｆｕｋｕｉ－Ｉｓｈｉｂａｘｈｉ决定论性一维交通流包自动机模型，采用新的解析研究方法，严格导出描述基本图曲弛的精确平均场方程。     

车如流水马如龙──漫谈交通流动

从古诗句“车如流水马如龙”引出交通流动研究的紧迫性和重要性．     

车如流水马如龙——漫谈交通流动

从古诗句“车如流水马如龙”引出交通流动研究的紧迫性和重要性．     

Conservation form of Helbing’s fluid dynamic traffic flow model

A standard conservation form is derived in this paper. The hyperbolicity of Helbing’s fluid dynamic traffic flow model is proved, which is essential to the general analytical and numerical study of this model. On the basis of this conservation form, a local discontinuous Galerkin scheme is designed to solve the resulting system efficiently. The evolution of an unstable equilibrium traffic state leading to a stable stop-and-go traveling wave is simulated. This simulation also verifies that the model is truly improved by the introduction of the modified diffusion coefficients, and thus helps to protect vehicles from collisions and avoide the appearance of the extremely large density.     

三车道宏观交通流模型和扰动演化的数值研究

随着城市交通设施的完善,多车道在城市高速路交通中变得比较普遍. 三车道的出现使车辆变道易于实现,这就增加了交通问题的复杂性. 采用宏观交通流理论,建立了一种允许车辆变道的单向三车道连续交通流模型,以及与之相容的差分离散格式. 数值模拟了初始密度、扰动强度、初始扰动范围等因素对扰动传播和发展演化的影响. 结果显示:扰动波的传播方向和传播速度主要由初始未扰动车流密度大小决定;初始扰动范围的大小对扰动波幅值变化的影响比较大;某一条车道发生的扰动是否会影响其他车道,则受初始车流密度和扰动强度大小两个条件影响;在中等密度多车道交通流中,扰动波的发展过程呈现出复杂的非线性特征,数值格式的选择比单车道更加困难.      

宏观交通流模型的余维2分岔分析

交通流特性是混合交通流建模的一个重要因素. 交通流模型中的分岔现象是导致复杂交通现象的因素之一. 交通流的分岔, 涉及复杂的动力学特征且研究较少. 因此, 提出了一个最优速度模型来研究驾驶员记忆对驾驶行为的影响. 基于带有记忆的最优速度连续交通流模型, 利用非线性动力学, 分析和预测了复杂交通现象. 推导了鞍结 (LP) 分岔存在条件, 并通过数值计算得到了余维1 Hopf (H) 分岔、LP分岔和同宿轨 (HC) 分岔以及余维2广义Hopf (GH) 分岔、尖点 (CP) 分岔和Bogdanov-Takens (BT) 分岔等多种分岔结构. 根据双参数分岔区域的特点, 研究了记忆参数对单参数分岔结构的影响, 分析了不同分岔结构对交通流的影响, 并用相平面描述了平衡点附近轨迹的变化特征. 选择Hopf分岔和鞍结分岔作为密度演化的起点, 描述了均匀流、稳定和不稳定的拥挤流以及走走停停现象. 结果表明, 驾驶员记忆对交通流的稳定性有重要影响; 动力学行为很好地解释了交通拥堵现象; 考虑余维2分岔的影响, 能更好地理解交通拥堵产生的根源, 并为制定有效抑制拥堵的方法提供一定的理论依据.      

Analysis of the structural properties of the solutions to speed gradient traffic flow model

In this paper, we carry out an analysis of the structural properties of the solutions to the speed gradient (SG) traffic flow model. Under the condition that the relaxation effect can be neglected, it is shown that a 1-shock or a 1-rarefaction is associated with the first characteristic, but on the other hand, a contact discontinuity rather than a 2-shock or a 2-rarefaction is associated with the second characteristic. Since the existence of a 2-shock or 2-rarefaction violates the physical mechanism of the traffic flow, the SG model is more reasonable. If the relaxation effect cannot be neglected, it is somewhat difficult to carry out the analytical analysis and the numerical simulation results should be obtained. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10272101)     

基于场力的驾驶员影响因素交通流动力学模型

为研究驾驶员行为对道路交通的定量影响, 针对驾驶员行为特点, 综合考虑了驾驶员受到的直接物理影响和间接心理影响、相对速度以及车辆自身特性等因素, 结合场力、图论等方法, 提出了一种用于模拟考虑驾驶员影响因素的元胞自动机交通流动力学模型(简称IDCA模型). 通过计算机数值模拟, 研究了考虑驾驶员影响因素下车流演化机理及不同驾驶员类型对道路交通流的影响. 结果表明: 与NaSch模型相比, 本文建立的IDCA模型能够模拟得到丰富的交通行为, 再现了同步流等交通现象, 从速度波动和车头间距波动分析得出IDCA模型下道路交通流具有更强的稳定性, 堵塞消融效率更高. 此外得到了由不同驾驶员类型按不同比例组成的混合交通流的密度-速度图和密度-流量图, 发现在道路相同中高密度下, 激进型驾驶员所占的比例越大, 车辆速度与交通流量越大, 交通流量随着保守型驾驶员比例的增加而降低. 最后模拟实现了车辆高速跟驰现象, 得到小间距高速跟驰率超过7%的结果与实测结果相符合.      

基于元胞自动机模型的C型交织区交通流特性

根据C型双侧交织区的车辆换道特征建立相应的换道规则,采用多车道元胞自动机模型研究交织区系统的交通流特性. 通过数值模拟得到了不同交织区长度下的相图,表明当主路和匝道交通流均为自由流时,交织区长度对系统影响不大,但当主路或匝道拥挤时,交织区长度的增加可以明显改善入口匝道的交通流状况. 进一步讨论了主路畅通而交织流量较大情形下主路上的车辆密度、速度和换道频率分布,发现换道集中在合流区和分流区附近,并造成相应路段上的局部拥堵.      

工科理论力学教学改革刍义

本文分析了工科理论力学教学改革的几种传统作法,阐述了当教学中存在的主要问题及相应的改革措施。     

结合工程实例讲授相似理论

 简述了流体力学中相似理论的教学特点以及结合工程实例讲解的重要性和效果, 并结合工程实例编制了两个例题和答案.     

不同交通流状态下桥梁气动导数的风洞试验研究

为了考虑实际运营车辆对桥梁气动导数的影响,根据车辆密度模拟了三种交通流状态,基于强迫振动装置,分别对每个交通流和无车状态下的桥梁气动导数进行风洞试验研究,讨论了不同攻角下不同车流的车辆对桥梁气动导数的影响,探究了车辆对气动导数影响的百分比以及气动导数变化量的变化规律。研究结果表明:不同攻角下不同车流的车辆均对直接导数A*2、H*4和交叉导数A*4、H*2影响显著,A*2、A*3变化量随着折减风速有一定的变化规律。虽然不同攻角下不同车流的车辆对气动导数的影响程度及影响规律不同,并且车流的繁忙程度对大多数气动导数的影响规律不明显,但是车辆对桥梁气动导数的影响不容忽略。