基于多前车信息及速度差的微观跟驰模型及其特性研究

论文摘要

车辆跟驰模型作为最基础的交通流理论分支,是交通流理论模型中应用最多、研究最深入的一类,国外在这方面的研究已经持续了半个多世纪。但现有模型在模型稳定性不理想、模拟的加速度与实际情况存在差异、难以体现真实交通存在的不对称性等方面尚存在不足。另一方面,现有的研究成果尚不能完全描述观测到的各种交通流现象,如何优化微观跟驰模型,以合理解释真实交通流的各种变化规律,尚需进一步的研究和探讨。论文在回顾现有的各种交通流微观跟驰模型的基础上,重点分析了基于优化速度函数的几种经典跟驰模型,如Newell模型、OV模型、GF模型、FVD模型中存在的问题。并以OV模型为例,通过数值模拟验证了模型存在的缺陷。在此基础上,从考虑多期望优化速度和多速度差信息的角度出发,提出了一种基于多前车信息及速度差的微观跟驰模型(MAVD,Multiple Ahead & VelocityDifference),并完成了对模型线性稳定性的理论分析,获得了该模型的稳定条件。与前述模型对比分析发现,MAVD模型的自由流稳定敏感系数临界值变小,稳定区域增大,模型性能明显改善。数值模拟的对比结果表明,MAVD模型中所考虑的与多前车信息,对模型性能存在不可忽视的影响。因而,MAVD模型能更有效地刻画交通流的实际状态,增强仿真过程的稳定性和抑制仿真车流堵塞。为了进一步探讨MAVD模型的性能,还分析了MAVD模型参数对交通流仿真的影响,并研究了模型参数变化与交通流迟滞现象之间的关系。此外,应用MAVD模型进行了交通流临界相变行为的仿真研究,表明从自由流到同步流的相变与限速瓶颈性质有关,在长限速瓶颈处是连续相变,而在短限速瓶颈处则为非连续相变。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 交通流理论
• 1.1.1 交通流理论概述
• 1.1.2 交通流模型的作用
• 1.2 交通流模型
• 1.2.1 交通流宏观模型
• 1.2.2 交通流微观模型
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究的意义
• 1.5 本文研究的目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 微观跟驰模型及交通流的相变行为
• 2.1 引言
• 2.2 交通流微观跟驰模型
• 2.3 交通实测与交通相
• 2.3.1 交通实测
• 2.1.2 交通相
• 2.3.3 交通流临界相变行为
• 2.4 本章小结
• 3 经典微观跟驰模型分析及数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 经典车辆跟驰模型特性分析
• 3.2.1 NEWELL模型
• 3.2.2 OV模型
• 3.2.3 GF模型
• 3.2.4 FVD模型
• 3.3 优化速度函数
• 3.4 OV模型的数值模拟
• 3.4.1 优化速度函数的影响
• 3.4.2 红绿灯处的车队起动模拟
• 3.4.3 红绿灯处的车队停止模拟
• 3.5 本章小结
• 4 多前车信息及速度差模型（MAVD）研究
• 4.1 引言
• 4.2 MAVD模型
• 4.2.1 问题的背景
• 4.2.2 模型的提出
• 4.3 线性稳定性分析
• 4.3.1 MAVD模型的稳定性判据的推导
• 4.3.2 稳定区域分布
• 4.4 本章小结
• 5 MAVD模型性能分析与数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 优化速度函数的选取
• 5.3 扰动在车流中的传播（MAVD模型）
• 5.4 红绿灯处车队起动模拟对比
• 5.4.1 位移演化过程
• 5.4.2 速度演化过程
• 5.4.3 加速度演化过程
• 5.4.4 对比分析
• 5.5 红绿灯处车队停止模拟对比
• 5.5.1 位移演化过程
• 5.5.2 速度演化过程
• 5.5.3 加速度演化过程
• 5.5.4 对比分析
• 5.6 模型的稳定性对比仿真
• 5.7 本章小结
• 6 模型参数的影响及交通流相变分析
• 6.1 引言
• 6.2 敏感系数的影响
• 6.3 相对速度的影响
• 6.4 滞后现象及迟滞环
• 6.5 自由流到同步流的相变
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录