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原文传递交通流复杂动态特性建模与数值模拟研究

论文题名：	交通流复杂动态特性建模与数值模拟研究
关键词：	交通流;动态特性;换道行为;多预期跟驰;高分辨率数值
摘要：	随着社会经济的发展，日益严重的交通拥堵已成为制约大中型城市发展的重要因素。交通流理论的研究有助于加深对交通系统运行规律的了解，可为交通运输规划、管理和控制提供理论指导，还可为先进的交通系统和技术的测试提供理论基础。因此，研究交通流复杂动态特性在理论和实践两方面都具有重要意义。　　在车联网环境下，驾驶员可以利用多个邻近车辆的运动信息，预期并调整自身车辆的速度，这种多预期的驾驶策略，可以促使车辆协同行驶在队列中，有助于缓解交通拥堵，提高道路通行能力。驾驶员的反应延迟时间是不可避免的，在交通流模型中引入驾驶员的反应延迟能够更好地描述实际的交通流特性。实际交通环境中普遍存在的是多车道、多车种构成的混合交通流，为了更加准确地刻画实际交通，需要研究多车道模型和多车种模型。　　考虑多预期驾驶策略、驾驶员反应延迟和多车道等因素，建立交通流模型，并对模型进行理论分析和动态特性模拟，研究多车种LWR(Lighthill-Whitham-Richards)交通流模型的高分辨率数值方法。主要研究工作包括以下几个方面：　　1.在车联网环境下，基于向前看驾驶策略，构建多预期延迟模型模拟交通流的复杂动态特性，并对模型进行稳定性分析。考虑非均衡地使用前方多个相邻车辆间的车头间距与速度差信息，并引入驾驶员的反应延迟时间构建了一个多预期跟驰模型。数值仿真结果表明，为尽可能少地引入输入变量，不均衡地利用前车的车间距和速度差信息是必要的。通过引入当前车辆分别与前方多辆车间的速度差信息和驾驶员反应延迟时间，提出另外一个多预期跟驰模型。数值模拟结果表明，适当地引入当前车辆分别与前方多辆车间的速度差可以增强交通流的稳定性，在一定程度上可以缓解交通拥堵。构建包含驾驶员反应延迟时间的多预期格子流体力学模型，研究结果表明延迟时间对稳定性所造成的不利影响可通过增加考虑前方的格子数量来适度弥补。文中构建的三个多预期延迟模型可为车联网环境下合作驾驶的交通流仿真提供基础模型。　　2.在车联网环境下，基于双向视野的驾驶策略，构建一个多预期跟驰模型，再将其推广为宏观模型，应用理论分析和数值模拟方法分别研究新宏观模型的稳定性条件和交通流的局部集簇效应。数值模拟与稳定性分析的结果相符合，验证了理论分析的合理性。构建的双向视野的宏观模型可用于车联网环境下基础设施的新建、扩建及宏观管理措施制定时对交通流的宏观模拟。　　3.建立一种扩展的流量转移率描述车辆的换道行为，构建新的三车道格子流体力学模型，并应用线性稳定性方法推导模型的稳定性条件。通过研究小扰动情形下车辆的换道行为，证实了扩展的流量转移率和改进模型的合理性。新的三车道交通流格子流体力学模型可为混合交通流中车辆换道的交通流仿真提供基础模型。　　4.将无振荡中心格式推广于多车种LWR交通流模型，给出一种求解模型的高分辨率数值方法。运用非线性限制器近似离散斜率和通量的空间导数，保证格式无振荡且不需计算雅可比矩阵。方法形式简单、计算量小，同时又具有较高的分辨率。数值算例的结果表明了方法的有效性。
作者：	胡彦梅
专业：	交通运输规划与管理
导师：	马天山
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文