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原文传递移动瓶颈诱发的交通流演化特性分析

论文题名：	移动瓶颈诱发的交通流演化特性分析
关键词：	交通流;扰动演化规律;拥堵机理;移动瓶颈
摘要：	随着社会经济的快速发展，交通系统的作用和地位日益凸显，然而频发的交通拥堵已经成为制约大、中城市可持续发展的瓶颈，诱发交通拥堵的众多原因之一是慢车速度低，并且占据较多道路资源。慢车极易在交通流中形成移动瓶颈，造成偶发性拥堵。为切实有效地缓解交通拥堵问题，需对交通流扰动演化过程进行深入的研究，对各种复杂交通现象的本质进行深刻认识，从而揭示交通流的演化规律，发现拥堵产生和发展的内在机理。因而本文主要基于微观模型对移动瓶颈诱发的交通流演化特性进行研究。论文的主要工作如下: 　　(1)详细分析了微观交通流模型中的跟驰模型和元胞自动机模型。在对比分析现有车辆跟驰模型的基础上，选取改进的二维智能驾驶员跟驰模型用于研究单车道情形下移动瓶颈诱发的交通流演化特性。在分析经典元胞自动机模型的基础上，选取了单车道期望时间间距刹车灯元胞自动机模型作为构建双车道交通流元胞自动机模型的基础模型。　　(2)基于改进的二维智能驾驶员跟驰模型，研究了单车道情形下移动瓶颈诱发的车流速度振荡主频率和速度标准差的演化。本文模拟了单车道上车队规模为2000辆车辆的跟驰行为，首次使用傅里叶变换理论计算了车流速度振荡主频率。设定头车速度以恒定值和正弦函数两种不同形式变化，其他车辆按照跟驰模型行驶，探索了车流速度振荡主频率的演化规律。模拟结果表明，头车以恒定速度行驶时，前500辆车辆的速度振荡主频率下降趋势较符合对数曲线，而其后方车辆的速度振荡主频率则围绕某一固定值波动。头车速度以正弦波形式变化时，不同形式的正弦函数对车辆的速度振荡主频率演化影响不同。接着，分析对比了头车速度在两种不同变化形式下速度振荡主频率演化关系。此外，还探究了车流速度标准差的演化特性。研究发现，头车以恒定速度行驶时，车流速度标准差曲线呈现凹形增长模式。头车以相同的平均速度行驶时，正弦函数形式下速度标准差曲线趋于恒定速度下速度标准差曲线。通过对速度振荡主频率和速度标准差的演化分析，揭示了车队车辆速度扰动的演化特性，深化了对交通流扰动演化的理解。　　(3)基于元胞自动机在交通流建模的独特优势，以改进的单车道刹车灯模型为基础模型，构建了能够刻画车辆换道行为的双车道元胞自动机模型。首先，通过模拟不同交通状态下车头时距分布，验证了新建立的双车道模型的合理性。然后，选取道路系统平均流量和车辆平均速度指标，利用MATLAB程序模拟分析了系统中只有一辆慢车、不同慢车比例和不同慢车最大速度等慢车特性对双车道系统交通流的影响。模拟结果表明，这几种情形下慢车形成的移动瓶颈对中低密度的影响较为显著。即使系统中只有一辆慢车也会降低系统的通行能力。在中低密度区，当慢车比例变化值相同时，系统慢车比例与流量变化差值和速度变化差值均呈负相关。慢车最大速度越大，系统平均速度和流量的各阶段转变临界密度越小。最后，根据仿真实验结果，向高速公路管理者提供了能够减轻移动瓶颈对交通流影响的改善策略和建议。
作者：	刘聪聪
专业：	系统科学
导师：	贾斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文