交通流理論

前言

　　我國快速的城市化建設(shè)，使得城市人口超過了農(nóng)村人口的數(shù)量，大量的農(nóng)村人口還在不斷進(jìn)入城市。同時，改革開放后持續(xù)的經(jīng)濟(jì)快速增長，人民生活由貧窮到溫飽，再到富裕。人民生活的翻天覆地變化，曾經(jīng)不敢奢望的小汽車進(jìn)入或正在進(jìn)入家庭，帶來了巨大規(guī)模的機(jī)動車保有量和低駕齡駕駛?cè)?，即“新手”；小汽車初次進(jìn)入家庭，部分或全部代替了自行車出行，形成了類似于“開車打醬油”的小汽車使用模式，“自行車王國”已經(jīng)成為了過去。智能交通的發(fā)展為人們提供了比較好的交通信息獲取條件，交通廣播、交通情報板VMS、交通信息發(fā)布網(wǎng)站等群體誘導(dǎo)方式，以及車內(nèi)誘導(dǎo)屏、手機(jī)等個體誘導(dǎo)方式的發(fā)展，使得人們在出發(fā)前和出行途中能夠隨時獲得行進(jìn)前方的交通狀態(tài)，改變了僅靠經(jīng)驗行駛的信息獲取方式，交通信息的服務(wù)和獲取隨時改變著人們的駕駛行為，從而影響著道路交通流和駕駛安全。然而，我們的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施長期欠賬累積，造成了城市交通基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)欠合理，道路分擔(dān)率過高?！　∩鲜鲆蛩氐木C合作用，帶來了道路上的機(jī)動車、非機(jī)動車、行人等多種交通方式混行，不規(guī)則、自律程度不高和過于煩躁的交通參與者行為使得交通參與者之間互相干擾，交通流速度低、密度高，甚至帶來不必要的剮蹭事故和交通擁堵，這些都是我國當(dāng)前道路上交通流的顯著特征。交通流的低速運行影響了出行效率，帶來了汽車的過度排污，影響了人們的生活環(huán)境和質(zhì)量?！　∧壳?，我國多數(shù)大城市交通治理問題處于“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的被動局面。究其原因，可以歸納為對具有自己城市和區(qū)域特征的交通流缺乏深入、細(xì)致、科學(xué)的研究?！　〗煌骼碚撛缇捅欢x為“利用數(shù)學(xué)和物理學(xué)的理論描述交通現(xiàn)象的一門學(xué)問”，交通信息服務(wù)的發(fā)展又給交通現(xiàn)象賦予了新的內(nèi)容。本書力求把握我國道路交通流的規(guī)律，介紹典型的交通流模型，并編入最新的研究成果，主要內(nèi)容有：交通流的流量、密度、速度，交通流特性的統(tǒng)計分布，駕駛?cè)诵畔⑻幚硖匦?，交通流基本參?shù)的相互關(guān)系，元胞自動機(jī)模型，車輛跟馳模型，連續(xù)交通流模型，車輛排隊模型和交通流模擬。　　本書由北京交通大學(xué)邵春福擔(dān)任主編，魏麗英和賈斌擔(dān)任副主編，趙小梅和趙熠參加編寫。邵春福負(fù)責(zé)整體統(tǒng)稿，并編寫了第一章、第二章和第四章，魏麗英編寫了第三章和第九章，賈斌編寫了第五章、第六章和第八章，趙小梅編寫了第七章，趙熠編寫了第十章?！　∮捎诰幷叩哪芰退剿?，書中難免存在不足和錯誤，懇請各位讀者批評指正。　　編　者　　2012年2月　　完稿于紅果園

內(nèi)容概要

　　本書內(nèi)容共分十章，包括：流量、速度和密度，交通特性的統(tǒng)計分布，駕駛?cè)诵畔⑻幚硖匦?，交通流基本參?shù)相互關(guān)系，元胞自動機(jī)模型，車輛跟馳模型，連續(xù)交通流模型，車輛排隊模型和交通流模擬等。
　　本書可作為交通工程專業(yè)本科生教材，也可作為從事交通管理和交通設(shè)計的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第一章 緒論
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 交通流理論的發(fā)展歷史
　第三節(jié) 交通流理論的主要內(nèi)容
　　一、流量、速度和密度的測量
　　二、交通特性的統(tǒng)計分布
　　三、交通流模型
　　四、駕駛?cè)诵畔⑻幚硖匦?br />　　五、車輛跟馳模型
　　六、流體動力學(xué)模型
　　七、車輛排隊模型
　　八、微觀交通流模擬
第二章 交通流量、速度和密度
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 定點測量
　　一、流量
　　二、速度
　　三、密度
　　四、車道占有率
　第三節(jié) 短區(qū)間測量
　第四節(jié) 沿路段測量
　　一、密度
　　二、速度
　　三、流量
　第五節(jié) 浮動車測量
　　一、流量
　　二、速度
　第六節(jié) 典型的交通流參數(shù)檢測技術(shù)設(shè)備
　　一、機(jī)動車輛交通流參數(shù)采集技術(shù)
　　二、非機(jī)動車輛和行人交通流參數(shù)采集技術(shù)
　　三、混合交通流數(shù)據(jù)采集與信號交叉口交通控制
　　四、全球定位GPS式
　　復(fù)習(xí)思考題
第三章 交通特性的統(tǒng)計分布
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 離散型分布
　　一、泊松（Poisson）分布
　　二、二項分布
　　三、負(fù)二項分布
　　四、離散型分布的擬合優(yōu)度檢驗
　第三節(jié) 車頭時距分布模型（連續(xù)型分布）
　　一、負(fù)指數(shù)分布
　　二、移位負(fù)指數(shù)分布
　　三、愛爾朗分布
　　四、韋布爾分布
　　五、M3分布
　　六、其他車頭時距分布
　　七、連續(xù)型分布的擬合優(yōu)度檢驗
　第四節(jié) 車速分布模型
　　一、基本定義
　　二、速度的正態(tài)分布
　　三、速度的對數(shù)正態(tài)模型
　第五節(jié) 可插車間隙模型
　　一、基本理論
　　二、發(fā)展趨勢
　　復(fù)習(xí)思考題
第四章 駕駛?cè)诵袨樘匦?br />　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 離散駕駛行為
　第三節(jié) 控制移動時間
　第四節(jié) 交通安全設(shè)施的識認(rèn)
　　一、交通信號變化
　　二、交通標(biāo)志的可見度和易讀性
　　三、標(biāo)志讀取時間的分配
　第五節(jié) 其他車輛的動態(tài)特性
　　一、前車
　　二、并行
　第六節(jié) 障礙和危險物的察覺、識別與確認(rèn)
　　一、察覺
　　二、識別與確認(rèn)
　第七節(jié) 駕駛行為差異
　　一、性別
　　二、年齡
　　三、駕駛?cè)藗?br />　第八節(jié) 連續(xù)駕駛模型
　　一、駕駛傳遞函數(shù)
　　二、模型特征
　第九節(jié) 車輛制動特性
　　一、開環(huán)制動
　　二、閉環(huán)制動
　　三、最佳制動減速度
　第十節(jié) 速度與加速度控制
　　一、穩(wěn)態(tài)速度控制
　　二、加速度控制
　第十一節(jié) 駕駛誘導(dǎo)
　　一、四車道同向超車
　　二、對向超車
　第十二節(jié) 間隙接受與合流
　　一、間隙接受
　　二、合流
　第十三節(jié) 停車視距
　第十四節(jié) 交叉口視距
　　一、無控制交叉口
　　二、次要道路的停車讓行控制交叉口
　　三、次要道路的停車控制交叉口
　第十五節(jié) 其他特性
　　一、限速值的變化
　　二、注意力分散/靠近街巷駕駛
　　三、駕駛?cè)藢崟r信息輸入
　　復(fù)習(xí)思考題
第五章 交通流基本參數(shù)的相互關(guān)系
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 速度密度模型
　　一、線性速度密度關(guān)系模型
　　二、對數(shù)速度密度關(guān)系模型
　　三、指數(shù)速度密度關(guān)系模型
　　四、廣義單段式速度密度模型
　　五、多段式速度密度模型
　第三節(jié) 速度流量模型
　　一、拋物線速度流量模型
　　二、霍爾等人的模型
　第四節(jié) 流量密度模型
　　一、拋物線形流量密度關(guān)系模型
　　二、對數(shù)流量密度關(guān)系模型
　　三、指數(shù)流量密度關(guān)系模型
　　四、非連續(xù)流流量密度曲線模型
　　五、特殊流量密度關(guān)系模型
　　六、流量時間占有率跟蹤曲線
　　七、流量密度模型的應(yīng)用
　　復(fù)習(xí)思考題
第六章 元胞自動機(jī)模型
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 元胞自動機(jī)的定義、構(gòu)成和特征
　　一、元胞自動機(jī)的物理定義
　　二、元胞自動機(jī)的構(gòu)成
　　三、元胞自動機(jī)的特征
　第三節(jié) 單車道元胞自動機(jī)模型
　　一、184號規(guī)則
　　二、NaSch模型
　　三、巡航控制極限模型
　　四、慢啟動規(guī)則模型
　　五、速度效應(yīng)模型
　　六、KKW模型
　　七、其他單車道CA模型
　第四節(jié) 單向多車道元胞自動機(jī)模型
　第五節(jié) 雙向雙車道模型
　第六節(jié) 城市路網(wǎng)交通流中的元胞自動機(jī)模型
　　一、BML模型
　　二、BML的擴(kuò)展和衍生模型
　　復(fù)習(xí)思考題
第七章 車輛跟馳模型
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 車輛跟馳模型的基本假設(shè)和分類
　第三節(jié) 線性車輛跟馳模型
　第四節(jié) 交通流的穩(wěn)定性
　　一、局部穩(wěn)定性
　　二、漸近穩(wěn)定性
　第五節(jié) 非線性車輛跟馳模型
　　一、非線性車輛跟馳模型的起源和發(fā)展
　　二、非線性車輛跟馳模型的一般表達(dá)式
　　三、基于車輛跟馳模型的交通流基本關(guān)系式
　　四、經(jīng)典車輛跟馳模型的局限性
　第六節(jié) 車輛跟馳模型的發(fā)展
　　一、刺激反應(yīng)模型
　　二、安全距離模型
　　三、心理生理學(xué)模型
　　四、人工智能模型
　　五、優(yōu)化速度模型及其擴(kuò)展模型
　第七節(jié) 車輛跟馳模型的應(yīng)用
　　一、車輛跟馳模型在駕駛控制中的應(yīng)用
　　二、車輛跟馳模型在交通預(yù)測中的應(yīng)用
　　三、車輛跟馳模型在能耗和尾氣排放模型中的應(yīng)用
　　四、車輛跟馳模型在交通模擬中的應(yīng)用
　　復(fù)習(xí)思考題
第八章 連續(xù)交通流模型
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 守恒方程
　　一、守恒方程的建立
　　二、守恒方程的解析解法
　　三、守恒方程的數(shù)值解法
　第三節(jié) 交通流觀測中的加速度
　第四節(jié) 交通中的波
　　一、交通波模型的建立
　　二、交通波的分析
　　三、用于特定的速度密度關(guān)系返回波的特性
　　四、實例應(yīng)用
　　五、信號交叉口車輛排隊的形成與消散
　第五節(jié) 伯格斯方程
　第六節(jié) 高階連續(xù)模型
　　一、動力學(xué)方程
　　二、高階模型發(fā)展簡介
　　復(fù)習(xí)思考題
第九章 車輛排隊模型
　第一節(jié) 概述
　第二節(jié) 無信號交叉口車輛特性
　　一、無信號交叉口控制方式
　　二、無信號交叉口幾何特征
　　三、無信號交叉口車輛組成和速度特征
　　四、無信號交叉口車流運行特性
　第三節(jié) 信號交叉口車輛特性
　　一、交通信號基本參數(shù)及類型
　　二、信號交叉口車流的運動特性
　　三、信號交叉口車輛排隊分析
　第四節(jié) 車輛排隊論
　　一、排隊系統(tǒng)基本概念
　　二、單通道排隊服務(wù)（M/M/1）系統(tǒng)
　　三、具有指數(shù)到達(dá)和指數(shù)服務(wù)次數(shù)的多通道情形（M/M/N）
　　四、交通排隊理論應(yīng)用
　　五、交通事件的排隊分析
　　六、信號交叉口的延誤模型
　　復(fù)習(xí)思考題
第十章 交通流模擬
　第一節(jié) 概述
　　一、交通流模擬的應(yīng)用范圍
　　二、交通流模擬的主要研究內(nèi)容
　第二節(jié) 交通流模擬的分類發(fā)展
　　一、按模擬的研究對象分類
　　二、按模擬推進(jìn)機(jī)制分類
　　三、按對系統(tǒng)描述的細(xì)致程度分類
　第三節(jié) 交通流模擬程序
　第四節(jié) 微觀交通流模擬模型
　　一、微觀交通流基礎(chǔ)模型
　　二、微觀交通流運動模型
　第五節(jié) 微觀交通流模擬常用計算機(jī)軟件系統(tǒng)
　　一、CORSIM
　　二、VISSIM
　　三、Paramics
　　四、SimTraffic
　第六節(jié) 微觀交通流模擬的應(yīng)用
　　一、微觀交通流模擬系統(tǒng)的建立
　　二、微觀交通流模擬方案比選
　　三、微觀交通流模擬結(jié)果分析
　　復(fù)習(xí)思考題
參考文獻(xiàn)

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