基于人-車-路協(xié)同的混合交通流微觀建模與特性分析.pdf

1、混合交通是當(dāng)前我國城市交通的典型特征之一。與同質(zhì)交通流相比較，不同出行方式間的交通沖突通常表現(xiàn)為更加頻繁、激烈與復(fù)雜，顯著影響了交通運(yùn)行狀況，改變了交通流特性。而混合交通場景的復(fù)雜性，使微觀建模過程更易出現(xiàn)對(duì)部分駕駛行為的忽略以及對(duì)部分車輛物理特性、道路環(huán)境等駕駛影響因素認(rèn)識(shí)不足的問題，進(jìn)而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際交通情況出現(xiàn)偏差，科學(xué)解決交通問題的目標(biāo)更加無從談起。因此從分析人、車、路相互作用機(jī)理及交通各要素對(duì)駕駛行為的作用角度對(duì)混合交通流

2、進(jìn)行微觀建模與模擬，對(duì)于識(shí)別車輛運(yùn)動(dòng)特征、明確交通流內(nèi)部干擾機(jī)理，從而完善微觀模型體系、揭示我國城市混合交通特性具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。
　　受到混合交通流微觀建模理論領(lǐng)域相關(guān)研究的啟發(fā)，并考慮到人、車、路耦合機(jī)理的把握對(duì)于提出符合實(shí)際的混合微觀交通流模型、掌握交通流運(yùn)行規(guī)律的重要作用，本文關(guān)注交通個(gè)體的微觀行為特征、特殊物理特性及道路交通環(huán)境因素，選取若干典型混合交通場景進(jìn)行建模與模擬研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:

3、　　(1)建立考慮自行車側(cè)向擺動(dòng)特性及側(cè)向安全距離動(dòng)態(tài)變化特征的混合自行車流二維元胞自動(dòng)機(jī)模型。從實(shí)證研究獲得的自行車側(cè)擺幅度-瞬時(shí)速度的正相關(guān)關(guān)系出發(fā)，通過引入側(cè)擺發(fā)生率、側(cè)向安全空間占有率隨瞬時(shí)速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，模型豐富了對(duì)自行車動(dòng)力學(xué)特征的描述，并擺脫了劃分虛擬車道這種既定建模形式。模擬分析發(fā)現(xiàn):側(cè)向擺動(dòng)行駛特性能夠增加自行車個(gè)體間的相互干擾，使處于自由流區(qū)域的車輛橫向運(yùn)動(dòng)頻率增大且擁擠流區(qū)域內(nèi)的交通流量降低、超車行為受到了抑制

4、，并對(duì)混合自行車流時(shí)空演化過程產(chǎn)生復(fù)雜影響，具體表現(xiàn)為在自由流區(qū)域內(nèi)擾動(dòng)車流，而在擁擠流區(qū)域能夠穩(wěn)定車流。研究還發(fā)現(xiàn):側(cè)向安全距離動(dòng)態(tài)變化特征的引入能夠修正既有多車道模型在擁擠流區(qū)域?qū)ζ骄旭偹俣鹊墓烙?jì)失真，并較好的重現(xiàn)了全密度域內(nèi)的混合自行車流速度-密度關(guān)系特征。
　　(2)建立考慮期望速度差異的混合自行車元胞自動(dòng)機(jī)模型。模型構(gòu)建基于樣本自由行駛車速結(jié)合慢化概率反推并統(tǒng)計(jì)得到期望速度離散分布特征的分析思路。通過模型的標(biāo)定和驗(yàn)證發(fā)

5、現(xiàn)，期望速度離散分布特征的引入有效提高了仿真精度及模型通用性，速度-密度關(guān)系的模擬結(jié)果對(duì)不同道路寬度、不同電動(dòng)自行車混合比例下的相應(yīng)實(shí)測數(shù)據(jù)皆呈現(xiàn)良好的擬合效果。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，混合自行車流比自行車同質(zhì)流內(nèi)部的交通沖突更為激烈，且電動(dòng)自行車和自行車的各類主動(dòng)超車事件、受阻超車事件發(fā)生率均隨電動(dòng)自行車比率的增大而降低，被超車率有所升高，而各類超車事件總發(fā)生率則呈現(xiàn)相反趨勢，說明將傳統(tǒng)自行車與電動(dòng)自行車視為為同一種交通服務(wù)對(duì)象將造成對(duì)混合自行

6、車流運(yùn)行狀況的評(píng)價(jià)失真，該結(jié)論對(duì)混合自行車流道路交通設(shè)施服務(wù)水平評(píng)價(jià)具有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　(3)構(gòu)建考慮自行車交通特性及機(jī)非干擾強(qiáng)度的機(jī)非混合交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型。在分析無機(jī)非物理分隔路段，機(jī)動(dòng)車和自行車相互作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，模型通過引入鳴笛效應(yīng)來體現(xiàn)自行車對(duì)后向機(jī)動(dòng)交通信息刺激的敏感度差異，通過加載自行車行為特征以豐富和完善自行車對(duì)機(jī)動(dòng)車干擾作用的描述。并且通過數(shù)值模擬分析了機(jī)非干擾強(qiáng)度、道路線型、自行車特性三類因素對(duì)機(jī)

7、非混合交通流特性的影響。模擬分析發(fā)現(xiàn)，鳴笛和機(jī)動(dòng)車道路的展寬能夠在自行車和機(jī)動(dòng)車中密度區(qū)域內(nèi)明顯抑制自行車的越出行為，促進(jìn)兩股車流的橫向分離以提高機(jī)動(dòng)車通行效率，而在自行車、機(jī)動(dòng)車密度很小或很大時(shí)影響不明顯。模擬還發(fā)現(xiàn):側(cè)向擺動(dòng)及車流異質(zhì)性等能夠激化自行車流內(nèi)部矛盾的基本特性也能夠加劇機(jī)非交通沖突。
　　(4)建立考慮機(jī)動(dòng)車橫向偏移避讓行為的路內(nèi)停車機(jī)非混合交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型。針對(duì)雙向雙車道單幅路這種路內(nèi)停車的典型設(shè)置環(huán)境，模型

8、通過對(duì)機(jī)動(dòng)車路遇停車而激發(fā)的縱向減速結(jié)合橫向偏移避讓的二維動(dòng)力行為過程的描述，再現(xiàn)了單幅路上無會(huì)車間隙，機(jī)動(dòng)車?yán)脤?duì)向車道空間偏移避讓路內(nèi)停車以維持較高行車速度的交通現(xiàn)象。數(shù)值模擬結(jié)果表明:該現(xiàn)象可有效緩解路內(nèi)停車擠占通行空間對(duì)動(dòng)態(tài)交通造成的負(fù)面影響。同時(shí)綜合考慮路內(nèi)停車的橫向摩擦作用對(duì)機(jī)動(dòng)車車流密度的調(diào)整及對(duì)向機(jī)動(dòng)交通對(duì)偏移行為的制約，數(shù)值實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn):雙向停車設(shè)施面對(duì)面設(shè)置將加重路內(nèi)停車干擾;而位置錯(cuò)開且分別置于對(duì)向停車下游足夠遠(yuǎn)處可

9、以有效減輕雙向停車對(duì)動(dòng)態(tài)交通的影響。上述結(jié)論可以為路內(nèi)停車設(shè)施的布局、規(guī)模等方面的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。
　　(5)構(gòu)建U形轉(zhuǎn)向路口結(jié)合公交?？空窘M合瓶頸的元胞自動(dòng)機(jī)模型。分別研究了公交?？空疚挥赨形轉(zhuǎn)向路口的上游及下游兩種設(shè)置方式時(shí)不同車流之間的交織過程以及對(duì)交通流特性的影響。模擬結(jié)果表明，U形轉(zhuǎn)向路口與公交站點(diǎn)間的距離低于最小間距時(shí)將同時(shí)造成雙向交通流量及轉(zhuǎn)向流量的下降。當(dāng)間距足夠大、轉(zhuǎn)向車流與公交車流同向且對(duì)向進(jìn)車率