【摘要】：城市化進(jìn)程的加速發(fā)展在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),又帶來了很多的負(fù)面影響,其中城市道路的交通擁擠就是其衍生的社會(huì)問題。因此,現(xiàn)階段如何高效解決道路交通擁擠問題就顯得尤為重要。而車輛跟馳模型作為主要的微觀交通流模型,對(duì)于描述行駛車輛間的相互作用關(guān)系,反映交通流運(yùn)行的內(nèi)在機(jī)理,揭示擁堵形成和演化的規(guī)律方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢。如果能夠建立合理的車輛跟馳模型,從交通流本質(zhì)出發(fā),就能為研究道路交通擁堵問題提供一種新的解決思路和辦法。本文以此為出發(fā)點(diǎn),在總結(jié)和學(xué)習(xí)以往車輛跟馳模型構(gòu)建和研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新的改進(jìn)的跟馳模型,具體研究工作如下:首先,本文構(gòu)建了一種新的考慮駕駛員視野內(nèi)前后多車輛影響的跟馳模型。已有的跟馳模型有從跟馳車輛多前車出發(fā)考慮其對(duì)跟馳行為的影響,也有從跟馳車輛后車出發(fā)考慮其對(duì)跟馳行為的影響,但是根據(jù)跟馳理論的傳遞特性,以及實(shí)際道路行駛經(jīng)驗(yàn),駕駛員會(huì)通過視野觀察前后多車輛的行駛狀態(tài)來調(diào)整自己的駕駛動(dòng)作,保證跟馳車輛甚至跟馳系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此本文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)道路車輛跟馳數(shù)據(jù)的采集分析,分別對(duì)改進(jìn)模型和FVD模型進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證,結(jié)果顯示:改進(jìn)跟馳模型在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合上表現(xiàn)優(yōu)于FVD模型。同時(shí)利用跟馳模型對(duì)車輛啟動(dòng)和制動(dòng)過程的精細(xì)刻畫優(yōu)勢,來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒌暮侠硇约皟?yōu)越性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:同F(xiàn)VD模型相比,改進(jìn)模型能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成跟馳車輛的啟動(dòng)和制動(dòng)行為,可以有效減少車輛跟馳行駛時(shí)的延遲性。接著,對(duì)改進(jìn)模型進(jìn)行了線性穩(wěn)定性研究分析。根據(jù)穩(wěn)定性理論,推導(dǎo)得到了改進(jìn)模型的穩(wěn)定性條件,并通過數(shù)值仿真對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果顯示:靈敏度α越大越有利于提高交通系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,系統(tǒng)跟馳速度、跟馳間距和跟馳軌跡的模擬結(jié)果都顯示:面對(duì)跟馳系統(tǒng)中出現(xiàn)的小的擾動(dòng),改進(jìn)模型具有消散擾動(dòng)抵抗干擾的能力。同時(shí),分別觀察了經(jīng)典FVD模型、不考慮前車的前導(dǎo)車跟馳以及不考慮后車跟馳三種情景下模型對(duì)抗干擾的能力。對(duì)比結(jié)果顯示:對(duì)于本次研究選取的實(shí)驗(yàn)路段的交通流特性,應(yīng)用改進(jìn)模型更具有穩(wěn)定性。然后,為了說明改進(jìn)的車輛跟馳模型可以應(yīng)用于道路交通流仿真,在傳統(tǒng)元胞自動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上建立了一種一維連續(xù)型元胞自動(dòng)機(jī)模型。傳統(tǒng)元胞自動(dòng)機(jī)在對(duì)交通流模擬過程中呈現(xiàn)跳躍性變化,對(duì)于交通流細(xì)節(jié)的刻畫存在一定局限,如果能將跟馳模型同連續(xù)型元胞自動(dòng)機(jī)相結(jié)合,就能對(duì)道路交通流的演化進(jìn)行更細(xì)致的刻畫。仿真結(jié)果顯示:新構(gòu)建的交通流仿真模型可以刻畫出實(shí)驗(yàn)道路交通流的特性,K-Q圖同實(shí)驗(yàn)道路交通流數(shù)據(jù)有較好的擬合性,可以用此模型研究解決實(shí)驗(yàn)道路的交通問題。接著對(duì)改進(jìn)模型部分權(quán)重值的變化來觀察其對(duì)道路通行能力的影響,結(jié)果顯示:車輛跟馳行為中必須考慮跟馳車輛前車的前導(dǎo)車的影響,但加大第二輛前導(dǎo)車的參考比例,會(huì)對(duì)跟馳車輛形成牽制,降低道路通行能力;而考慮跟馳車輛后車的跟馳狀態(tài)可以有效提高道路通行能力。所以,在道路交通流研究中考慮跟馳車輛雙前車以及后車的影響對(duì)提高道路通行能力有利。最后,對(duì)研究形成的結(jié)論和成果進(jìn)行了梳理和總結(jié),并對(duì)后續(xù)研究方向進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U491
【圖文】：

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備為了能夠準(zhǔn)確地構(gòu)建本文研究的跟馳模型，對(duì)于數(shù)據(jù)的來源和選擇就需要非常嚴(yán)格，通過有效的跟馳數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而保證模型反映的跟馳特性與實(shí)際情況相符，因此決定選擇一條實(shí)驗(yàn)道路進(jìn)行跟馳數(shù)據(jù)的采集。實(shí)驗(yàn)道路的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：車流密度大且極易形成跟馳行為。因此，選擇重慶市南岸區(qū)的主干道——學(xué)府大道渝能國際至六公里段為實(shí)驗(yàn)路段。采集時(shí)間為 2017 年 11 月 13 日16：00-18：00，2017 年 11 月 14 日 11：00-13：00。為了避免交通信號(hào)燈的影響，選取路段上遠(yuǎn)離上下游信號(hào)燈的橫斷面，對(duì)超過四輛小汽車跟馳的車隊(duì)進(jìn)行了速度和車間距的數(shù)據(jù)采集，并對(duì)其進(jìn)行了分析處理。通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)簡單初步的篩選，剔除不合理的數(shù)據(jù)，最終得到了 84 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2.2 模型建立

跟馳模型參數(shù)標(biāo)定方法簡介車輛跟馳模型的參數(shù)標(biāo)定工作一直以來都是備受關(guān)注的，采用何種標(biāo)定方法學(xué)者們經(jīng)常討論研究的重點(diǎn)[43-44]，因?yàn)闊o論模型建立的是否成功、優(yōu)秀，如經(jīng)過標(biāo)定就無法使用，也就無法體現(xiàn)模型本來的應(yīng)用價(jià)值，而采用何種數(shù)學(xué)標(biāo)定對(duì)模型使用質(zhì)量的影響就更為重要。目前對(duì)于跟馳模型的標(biāo)定方法主要在以下兩類：一種是以最大似然估計(jì)法為理論支持的標(biāo)定方法，另外一種則最小二乘法為主的標(biāo)定方法。其中后者屬于典型的非線性優(yōu)化問題求最優(yōu)解法，標(biāo)定工作流程如圖 2-2 所示：

2.4.1 啟動(dòng)過程仿真對(duì)比分析設(shè)置車輛啟動(dòng)過程的仿真場景為：在有信號(hào)燈控制的路口，沿 X 軸方向的水平車道上等距放置 10 輛完全相同的小汽車，所有車輛處于靜止平衡狀態(tài)，跟馳間距均為 10m，研究當(dāng)信號(hào)控制燈由紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)車輛啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)跟馳車輛的速度、加速度、位移和車頭間距的仿真對(duì)比的變化情況。改進(jìn)模型和 FVD 模型均采用已標(biāo)定參數(shù)的模型。圖 2-5 為兩種模型在仿真下的跟馳車輛速度對(duì)比圖�？梢院苊黠@地從仿真對(duì)比圖中看出，改進(jìn)模型中車隊(duì)的車輛速度在仿真時(shí)間第 20s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，趨于勻速行駛，而 FVD 模型在第 25s 時(shí)所有車輛的速度才趨于勻速，即跟馳車隊(duì)處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)用改進(jìn)模型要比 FVD 模型能在更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大速度。這是由于改進(jìn)模型中考慮了雙前車以及后車的速度變化和跟馳狀態(tài)對(duì)跟馳車輛的影響，改進(jìn)模型中的駕駛員在其前車的前導(dǎo)車啟動(dòng)時(shí)就開始采取啟動(dòng)車輛的動(dòng)作而 FVD 模型中的駕駛員只受前車行駛狀態(tài)的影響，造成了跟馳車隊(duì)中車輛啟動(dòng)的延遲。同時(shí)在實(shí)際駕駛過程中，排隊(duì)停止等待的駕駛員總是有較強(qiáng)的欲望啟動(dòng)車輛。因此改進(jìn)模型較 FVD 模型在啟動(dòng)狀態(tài)下的速度仿真更符合實(shí)際情況。

【參考文獻(xiàn)】

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