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原文传递基于人-车-路协同的混合交通流微观建模与特性分析

论文题名：	基于人-车-路协同的混合交通流微观建模与特性分析
关键词：	混合交通流;微观建模;驾驶行为;物理特性;交通环境
摘要：	混合交通是当前我国城市交通的典型特征之一。与同质交通流相比较，不同出行方式间的交通冲突通常表现为更加频繁、激烈与复杂，显著影响了交通运行状况，改变了交通流特性。而混合交通场景的复杂性，使微观建模过程更易出现对部分驾驶行为的忽略以及对部分车辆物理特性、道路环境等驾驶影响因素认识不足的问题，进而导致仿真结果与实际交通情况出现偏差，科学解决交通问题的目标更加无从谈起。因此从分析人、车、路相互作用机理及交通各要素对驾驶行为的作用角度对混合交通流进行微观建模与模拟，对于识别车辆运动特征、明确交通流内部干扰机理，从而完善微观模型体系、揭示我国城市混合交通特性具有重要的理论意义与实践价值。　　受到混合交通流微观建模理论领域相关研究的启发，并考虑到人、车、路耦合机理的把握对于提出符合实际的混合微观交通流模型、掌握交通流运行规律的重要作用，本文关注交通个体的微观行为特征、特殊物理特性及道路交通环境因素，选取若干典型混合交通场景进行建模与模拟研究，主要研究内容和结论如下: 　　(1)建立考虑自行车侧向摆动特性及侧向安全距离动态变化特征的混合自行车流二维元胞自动机模型。从实证研究获得的自行车侧摆幅度-瞬时速度的正相关关系出发，通过引入侧摆发生率、侧向安全空间占有率随瞬时速度的动态调整机制，模型丰富了对自行车动力学特征的描述，并摆脱了划分虚拟车道这种既定建模形式。模拟分析发现:侧向摆动行驶特性能够增加自行车个体间的相互干扰，使处于自由流区域的车辆横向运动频率增大且拥挤流区域内的交通流量降低、超车行为受到了抑制，并对混合自行车流时空演化过程产生复杂影响，具体表现为在自由流区域内扰动车流，而在拥挤流区域能够稳定车流。研究还发现:侧向安全距离动态变化特征的引入能够修正既有多车道模型在拥挤流区域对平均行驶速度的估计失真，并较好的重现了全密度域内的混合自行车流速度-密度关系特征。　　(2)建立考虑期望速度差异的混合自行车元胞自动机模型。模型构建基于样本自由行驶车速结合慢化概率反推并统计得到期望速度离散分布特征的分析思路。通过模型的标定和验证发现，期望速度离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-密度关系的模拟结果对不同道路宽度、不同电动自行车混合比例下的相应实测数据皆呈现良好的拟合效果。同时研究发现，混合自行车流比自行车同质流内部的交通冲突更为激烈，且电动自行车和自行车的各类主动超车事件、受阻超车事件发生率均随电动自行车比率的增大而降低，被超车率有所升高，而各类超车事件总发生率则呈现相反趋势，说明将传统自行车与电动自行车视为为同一种交通服务对象将造成对混合自行车流运行状况的评价失真，该结论对混合自行车流道路交通设施服务水平评价具有一定的理论指导意义。　　(3)构建考虑自行车交通特性及机非干扰强度的机非混合交通流元胞自动机模型。在分析无机非物理分隔路段，机动车和自行车相互作用机理的基础上，模型通过引入鸣笛效应来体现自行车对后向机动交通信息刺激的敏感度差异，通过加载自行车行为特征以丰富和完善自行车对机动车干扰作用的描述。并且通过数值模拟分析了机非干扰强度、道路线型、自行车特性三类因素对机非混合交通流特性的影响。模拟分析发现，鸣笛和机动车道路的展宽能够在自行车和机动车中密度区域内明显抑制自行车的越出行为，促进两股车流的横向分离以提高机动车通行效率，而在自行车、机动车密度很小或很大时影响不明显。模拟还发现:侧向摆动及车流异质性等能够激化自行车流内部矛盾的基本特性也能够加剧机非交通冲突。　　(4)建立考虑机动车横向偏移避让行为的路内停车机非混合交通流元胞自动机模型。针对双向双车道单幅路这种路内停车的典型设置环境，模型通过对机动车路遇停车而激发的纵向减速结合横向偏移避让的二维动力行为过程的描述，再现了单幅路上无会车间隙，机动车利用对向车道空间偏移避让路内停车以维持较高行车速度的交通现象。数值模拟结果表明:该现象可有效缓解路内停车挤占通行空间对动态交通造成的负面影响。同时综合考虑路内停车的横向摩擦作用对机动车车流密度的调整及对向机动交通对偏移行为的制约，数值实验还发现:双向停车设施面对面设置将加重路内停车干扰;而位置错开且分别置于对向停车下游足够远处可以有效减轻双向停车对动态交通的影响。上述结论可以为路内停车设施的布局、规模等方面的规划与设计提供一定的理论依据。　　(5)构建U形转向路口结合公交停靠站组合瓶颈的元胞自动机模型。分别研究了公交停靠站位于U形转向路口的上游及下游两种设置方式时不同车流之间的交织过程以及对交通流特性的影响。模拟结果表明，U形转向路口与公交站点间的距离低于最小间距时将同时造成双向交通流量及转向流量的下降。当间距足够大、转向车流与公交车流同向且对向进车率较小时以及转向车流与公交车流方向相反时，下游设置方式的双向交通流量与转向流量皆明显高于上游设置方式。在实际交通规划与管理时应结合转向需求、公交车比例等多种交通因素合理设置两站点的相对位置及间距，以减少上述组合瓶颈的负面影响。
作者：	冯雪
专业：	系统工程
导师：	王喜富
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文