交通擁堵是世界性難題,正處于快速城市化進(jìn)程中的中國所面臨的問題更為嚴(yán)重。交通擁堵及其伴生的環(huán)境污染與交通安全等問題極大地影響了我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化建設(shè)的進(jìn)程。交通流理論是交通科學(xué)的核心問題,大力發(fā)展以交通流理論為核心的交通科學(xué),深入研究交通擁堵形成和演化的機(jī)理,用以有效指導(dǎo)我國的交通建設(shè)和管理已經(jīng)刻不容緩,也是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重大戰(zhàn)略需求。然而,由于缺乏充分和令人信服的數(shù)據(jù)支持,交通流復(fù)雜動態(tài)行為的演化機(jī)理還遠(yuǎn)未得到充分理解和認(rèn)同。觀測數(shù)據(jù)具有很大的局限性,無法全面反映,也難以深刻揭示交通流動態(tài)演化行為的本質(zhì)特征。而通過組織交通流實(shí)驗(yàn),可以控制車流的組成和車流量,最大限度地減少其它復(fù)雜交通因素的影響,專注于車流自身的自組織演化過程,把握交通流的本質(zhì)特征,促進(jìn)交通流理論的發(fā)展。在此背景下,本文圍繞交通震蕩的演化特性開展實(shí)驗(yàn)研究和建模仿真研究工作。我們進(jìn)行了3次較大規(guī)模的車輛跟馳實(shí)驗(yàn)。前兩次實(shí)驗(yàn)中頭車勻速行駛以研究內(nèi)生震蕩的演化特性,第三次實(shí)驗(yàn)中頭車變速行駛以研究外生震蕩的演化特性。在頭車勻速行駛的實(shí)驗(yàn)中,觀察到了速度內(nèi)生震蕩的自發(fā)形成、傳播與發(fā)展,車輛速度標(biāo)準(zhǔn)差的凹增長,以及速度-車間距的二維分布,這些現(xiàn)象進(jìn)一步驗(yàn)證了已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明,交通流中可能存在一個介于30-40km/h之間的臨界速度,當(dāng)車隊(duì)行駛速度低于臨界速度時,交通流是不穩(wěn)定的,會出現(xiàn)時走時停的現(xiàn)象。而當(dāng)車隊(duì)行駛速度大于臨界速度時,交通震蕩幅度趨于飽和,因此交通流可能是穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)還表明駕駛員具有強(qiáng)烈的內(nèi)在異質(zhì)性。我們提出了改進(jìn)的E2D-IDM模型對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行模擬。模型引入了新的參數(shù)αn,用來修正速度項(xiàng)對模型加速度的影響。此外,模型中對期望時間間隔也做了改進(jìn)。用DIRECT算法對改進(jìn)模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定后,模型能夠很好地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。頭車變速行駛的車輛跟馳實(shí)驗(yàn)中,車隊(duì)中的第一輛車刻意地加速和減速以制造外生震蕩。結(jié)果顯示,有些實(shí)驗(yàn)中,頭車的速度震蕩能夠穩(wěn)定地傳遞到車隊(duì)的最后一輛車,車輛的速度標(biāo)準(zhǔn)差單調(diào)增長。還有些實(shí)驗(yàn)中,速度震蕩波在傳播過程中發(fā)生了合并與消散的現(xiàn)象,車輛的速度標(biāo)準(zhǔn)差也因此先增加,再減小,然后再增加。用離散傅里葉變換(DFT)分析車輛速度序列的頻域特性,在某些實(shí)驗(yàn)中能夠觀察到主頻率突變的現(xiàn)象。模擬中,我們對E2D-IDM模型重新進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定以更好地描述外生震蕩的傳播特性。模擬結(jié)果顯示,車輛加速度和速度差的分布與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,并且再現(xiàn)了速度震蕩波的合并與消散,震蕩主頻率的突變等現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U491
【部分圖文】：

第一章緒論??１．１研究背景和意義??隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車數(shù)量也在迅速增加（圖１．１）。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，??我國２０１８年新注冊登記的機(jī)動車有３１７２萬輛，機(jī)動車保有量達(dá)到了?３．２７億輛，??其中汽車２．４億輛。與２０１７年相比，２０１８年我國汽車保有量增加２２８５萬輛，增??長率為１０．５１％。截止至２０１８年９月，全國機(jī)動車駕駛?cè)诉_(dá)４．０３億人，其中汽車??駕駛?cè)说臄?shù)量達(dá)到３．６３億。??汽車保有量的快速增長已經(jīng)導(dǎo)致中國城市嚴(yán)重的交通擁堵。根據(jù)高德地圖與??中國社會科學(xué)院社會學(xué)研宄所聯(lián)合出版的“２０１８年度中國主要城市交通分析報(bào)??告”，中國擁堵城市排名中，北京第一，廣州第二，哈爾濱第三。這三個城市的??路網(wǎng)高峰行程延時指數(shù)分別為２．０３２，１．９１１和１．９０３，意味著高峰時段市民通勤??的時間大約是平時的２倍。在高峰期，北京市路面車輛的平均速度僅為２３．３５ｋｍ／ｈ，??每日通勤擁堵時間為４４．９７分鐘。報(bào)告顯示，２０１８年我國３６１個城市中，只有??２６％的城市不受通勤擁堵的威脅

圖１．３車輛跟馳示意圖。??輛跟馳模型是由Ｒｅｕｓｃｈｄ［Ｗ和ＰｉｐｅＳ［Ｍ分別單獨(dú)提出的。模通過調(diào)整行駛速度來和前車保持速度一致。Ｃｈａｎｄｌｅｒ＾ｌ考慮了駕，得到了另一個跟馳模型??ａｎ（ｔ?＋?ｔ）?＝?ｃＡｖｎ（ｔ）?（示第《輛車在／時刻的加速度，ｔ為反應(yīng)延遲時間，ｃ為敏感《與其前車ｎ－１之間的速度差，Ａｉ７ｎ?＝?－?ｙｎ。??ｒ模型的形式簡單，只考慮了兩車之間的速度差這一個因素，。Ｃｈａｎｄｌｅｒ模型中，在前后車速度相同的情況下，后車無論跟得加速或者減速，這與實(shí)際情況不符。于是，人們提出了許多改進(jìn)ａｚｉｓ等人［６３］考慮了車間距的影響，將Ｃｈａｎｄｌｅｒ模型中的敏感系距Ａｘ成反比的函數(shù)，改進(jìn)后的模型為??ａｎ（ｔ＋Ｔ）?＝?Ａ＾ｒ）ＡＶｎ（ｔ）?（示車輛《與其前車《－１之間的距離，，：ｔｎ表示度差敏感系數(shù)ｄ?＝?ｃ／Ａｘｎ（ｔ）隨著車間距改變，車間距越小，駕

Ｊｉａｎｇ等人１７８］在２５輛車的車隊(duì)跟馳實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)車輛的速度和車間距呈二維分??布，并且車輛的速度標(biāo)準(zhǔn)差隨車輛序號呈凹增長。為了模擬這些現(xiàn)象，他們提出??了?ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ模型。模型中考慮了速度－車間距平面上的一個二維區(qū)域Ｒ（圖１．４），??在區(qū)域Ｒ內(nèi)，如果后車與前車的速度差較�。ǎ粒�；？｜＜Ａｉ；ｃ），則后車的速度基本??不變，如果兩車的速度差較大２?Ａｙｃ），則后車對速度差比較敏感；在區(qū)??域Ｒ外，后車對速度差和車間距都敏感。??模型的方程為??｛ｍａｘ（ｍｉｎ（ａｎ（ｔ）?＋?０．１），－０．１），?ｉｎ?Ｒａｎｄ?｜Ａｕｎ｜?＜?Ａｖｃ??ＡＡｉ；ｎ（ｔ）?，?ｉｎ?Ｒａｎｄ?｜Ａｖｎ｜?＞?Ａｖｃ?（１．３１）??Ｊｃ［ｖ（Ａｘ？（ｔ））?—?ｙｎ（ｔ）］?＋?ＡＡｕｎ（ｔ）?，?ｎｏｔ?ｉｎ?Ｒ??Ａｖｃ?＝?ｍｉｎ（ｍａｘ（０．６，０．０５４ｉ；ｎ?＋?０．１５），１．０）?（１．３２）??＝?ｍａｘ（ｍｉｎ（ｖｍａｘ，０＿７（］ｘ?－?６）），０）?（１．３３）??其中Ａ和ｋ：是兩個不同的敏感系數(shù)。Ａｕｎ?＝?是兩車之間的速度差。最大行??駛速度ｖｍａｘ
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本文編號：2857101