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)對部分駕駛行為的忽略以及對部分車輛物理特性、道路環(huán)境等駕駛影響因素認(rèn)識不足的問題，進(jìn)而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實際交通情況出現(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、路相互作用機理及交通各要素對駕駛行為的作用角度對混合交通流

2、進(jìn)行微觀建模與模擬，對于識別車輛運動特征、明確交通流內(nèi)部干擾機理，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踐價值。
　　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、路耦合機理的把握對于提出符合實際的混合微觀交通流模型、掌握交通流運行規(guī)律的重要作用，本文關(guān)注交通個體的微觀行為特征、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)向擺動特性及側(cè)向安全距離動態(tài)變化特征的混合自行車流二維元胞自動機模型。從實證研究獲得的自行車側(cè)擺幅度-瞬時速度的正相關(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速度的動態(tài)調(diào)整機制，模型豐富了對自行車動力學(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)向擺動行駛特性能夠增加自行車個體間的相互干擾，使處于自由流區(qū)域的車輛橫向運動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、，并對混合自行車流時空演化過程產(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旭偹俣鹊墓烙嬍д?，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機模型。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)果對不同道路寬度、不同電動自行車混合比例下的相應(yīng)實測數(shù)據(jù)皆呈現(xiàn)良好的擬合效果。同時研究發(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，且電動自行車和自行車的各類主動超車事件、受阻超車事件發(fā)生率均隨電動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)自行車與電動自行車視為為同一種交通服務(wù)對象將造成對混合自行

6、車流運行狀況的評價失真，該結(jié)論對混合自行車流道路交通設(shè)施服務(wù)水平評價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非干擾強度的機非混合交通流元胞自動機模型。在分析無機非物理分隔路段，機動車和自行車相互作用機理的基礎(chǔ)上，模型通過引入鳴笛效應(yīng)來體現(xiàn)自行車對后向機動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機動車干擾作用的描述。并且通過數(shù)值模擬分析了機非干擾強度、道路線型、自行車特性三類因素對機

7、非混合交通流特性的影響。模擬分析發(fā)現(xiàn)，鳴笛和機動車道路的展寬能夠在自行車和機動車中密度區(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動車通行效率，而在自行車、機動車密度很小或很大時影響不明顯。模擬還發(fā)現(xiàn):側(cè)向擺動及車流異質(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非交通沖突。
　　(4)建立考慮機動車橫向偏移避讓行為的路內(nèi)停車機非混合交通流元胞自動機模型。針對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、通過對機動車路遇停車而激發(fā)的縱向減速結(jié)合橫向偏移避讓的二維動力行為過程的描述，再現(xiàn)了單幅路上無會車間隙，機動車?yán)脤ο蜍嚨揽臻g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動態(tài)交通造成的負(fù)面影響。同時綜合考慮路內(nèi)停車的橫向摩擦作用對機動車車流密度的調(diào)整及對向機動交通對偏移行為的制約，數(shù)值實驗還發(fā)現(xiàn):雙向停車設(shè)施面對面設(shè)置將加重路內(nèi)停車干擾;而位置錯開且分別置于對向停車下游足夠遠(yuǎn)處可

9、以有效減輕雙向停車對動態(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)合公交停靠站組合瓶頸的元胞自動機模型。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)置方式時不同車流之間的交織過程以及對交通流特性的影響。模擬結(jié)果表明，U形轉(zhuǎn)向路口與公交站點間的距離低于最小間距時將同時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向進(jìn)車率