三相交通流理論下的速度擾動(dòng)演化研究——以匝道可控交通流為例.pdf

1、隨著近年來出行需求的大幅度上漲，交通需求與交通基建設(shè)施之間的矛盾日益突出，節(jié)假日前后高速公路上大規(guī)模的擁堵現(xiàn)象已經(jīng)屢見不鮮。高速公路入口匝道是外界車輛進(jìn)入這一封閉行駛環(huán)境的主要入口，匝道口上下游的交通流運(yùn)行狀態(tài)會對高速公路全線的運(yùn)行產(chǎn)生明顯的影響。對高速公路入口匝道處的交通流運(yùn)行特征進(jìn)行細(xì)化研究并據(jù)此對入口匝道控制策略進(jìn)行調(diào)整可以充分緩解由匝道駛?cè)胲囕v造成的交通擁堵，保障高速公路主線的運(yùn)行效率，這對緩解高峰時(shí)段高速公路交通壓力，節(jié)約高速

2、公路基建投資有著重要的意義。本文在三相交通流理論框架下，對高速公路及其入口匝道進(jìn)行了建模仿真，對高速公路主路及匝道處的交通流運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了模擬，并提出了基于速度變化特征的入口匝道控制策略。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)本文比較了傳統(tǒng)交通流理論和三相交通流理論對高速公路瓶頸路段擁堵形成及性質(zhì)的解釋，對不同理論框架下交通崩潰的原因進(jìn)行了總結(jié)，分析了三相交通流理論應(yīng)用在高速公路瓶頸路段交通流研究中的優(yōu)勢。
　　(2)結(jié)合KK

3、W系模型中關(guān)于同步距離的假設(shè)以及BL系模型關(guān)于反應(yīng)延遲的假設(shè)，本文將駕駛員的駕駛行為偏好納入考慮，建立了一個(gè)三相交通流理論框架下的元胞自動(dòng)機(jī)模型。在對模型的模擬中發(fā)現(xiàn)速度擾動(dòng)在不同流相下有著不同的傳播特征。當(dāng)交通流處于自由流相時(shí)，速度擾動(dòng)會對其后續(xù)車輛的行駛產(chǎn)生一定影響，但這一干擾會很快耗散，但在同步流相下，速度擾動(dòng)會在產(chǎn)生后很快向上游傳播，蔓延至全路段而難以完全消散。除此之外，在路上車流密度較低時(shí)激進(jìn)型駕駛員的過度反應(yīng)行為會加劇擾動(dòng)在

4、傳播過程中的幅度，而保守型駕駛員因其駕駛策略較保守，可以在行駛過程中削弱擾動(dòng)在傳播過程中的幅度。當(dāng)交通流處于同步流相時(shí)，因?yàn)橛绊戱{駛員速度選擇的主要因素成為車輛間距，故而其駕駛策略不會再對速度擾動(dòng)的傳播產(chǎn)生明顯影響。
　　(3)通過引入換道規(guī)則，本文將上述模型擴(kuò)展至雙車道。在雙車道條件下的模擬中發(fā)現(xiàn)，換道規(guī)則可以令路面資源得到更充分的利用，因此雙車道條件下相變的臨界值略高于單車道條件下對應(yīng)的值且其流量達(dá)到最大后流量下降趨勢也更為平

5、緩。在對換道行為的微觀作用進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，在不同車流密度條件下車輛的換道行為也會對交通流的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生不同性質(zhì)的影響。當(dāng)密度較低時(shí)，車輛的換道行為并不會對換入或換出車道的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生明顯影響，而隨著密度的增大，換道行為就會逐漸顯出擁堵消散和產(chǎn)生擁堵這兩中截然相反的雙重作用。
　　(4)在加入匝道模型后，本文對匝道駛?cè)敫怕蕦χ髀方煌鬟\(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。在研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)主路流量較低時(shí)入口匝道駛?cè)敫怕试酱罅髁吭酱?，全路?/p>

6、平均速度越低，隨著入口匝道駛?cè)敫怕实脑龃?，主路流量和平均速度都逐漸趨于穩(wěn)定，入口匝道駛?cè)敫怕什辉賹煌鞯倪\(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生明顯影響。從微觀角度來分析，匝道駛?cè)胲囕v同樣也會產(chǎn)生速度擾動(dòng)和速度峰。匝道處產(chǎn)生的速度擾動(dòng)和速度峰都向高速公路主路上游傳播，但其作用截然相反，速度擾動(dòng)會造成局部的同步流相變，而速度峰會消解這種局部同步流，促使其產(chǎn)生局部同步流相至自由流相的相變。基于此本文認(rèn)為在不同特征觀測點(diǎn)會觀測到不同的速度分布特征，并提出了相應(yīng)的匝道控