交通流流体力学模型
流体力学中三个主要力学模型
流体力学中三个主要力学模型流体力学是研究流体运动的一门学科，涉及到物理学、数学、工程学等多个领域。
在流体力学中，有三个主要的力学模型，分别是欧拉方程、纳维-斯托克斯方程和边界层方程。
这三个模型在不同的情况下有不同的应用，下面将分别介绍它们的基本原理和应用。
一、欧拉方程欧拉方程是描述流体运动的最基本的方程之一，它是由欧拉在1755年提出的。
欧拉方程是基于质点运动的牛顿第二定律得出的，它描述了流体在不受外力作用时的运动状态。
欧拉方程的基本形式如下：ρ/t + ·(ρu) = 0ρ(dv/dt) = -p其中，ρ是流体的密度，t是时间，u是流体的速度，p是压力，v是速度的随时间的变化率，是向量微分算子。
欧拉方程的应用范围很广，可以用来描述各种不可压缩流体的运动，例如水、油、气体等。
欧拉方程可以用来研究流体的基本运动规律，如速度分布、压力分布等。
欧拉方程还可以用来研究流体的力学性质，如流体的动量、能量守恒等。
二、纳维-斯托克斯方程纳维-斯托克斯方程是描述流体运动的另一个重要方程，它是由纳维和斯托克斯在19世纪提出的。
纳维-斯托克斯方程是基于牛顿第二定律和连续性方程导出的，它描述了流体在受外力作用时的运动状态。
纳维-斯托克斯方程的基本形式如下：ρ(dv/dt) = -p + μ^2v + f·v = 0其中，μ是流体的动力粘度，f是体积力，如重力、电磁力等。
纳维-斯托克斯方程适用于各种流体的运动，包括不可压缩流体和可压缩流体。
它可以用来研究流体的运动规律、流体的力学性质和流体的稳定性等问题。
纳维-斯托克斯方程还可以用来模拟流体在各种工程应用中的运动，如飞机、汽车、船舶等。
三、边界层方程边界层方程是描述流体在边界层内的运动的方程，它是由普拉特在1904年提出的。
边界层是指流体与固体表面接触的区域，它的厚度很小，但是流体的速度和压力在这个区域内发生了显著的变化。
边界层方程是基于牛顿第二定律和连续性方程导出的，它描述了流体在边界层内的运动状态。
流体力学与交通流的联系
浅谈流体力学与交通流的联系摘 要 本文简单论述流体力学与交通流之间的关系,介绍典型的交通流的流体力学模型,以及个人对于二者关系的初步看法。
关键词 交通流 流体力学模型1 引 言流体力学方法是交通流理论的三个主要研究方法之一。
所谓流体力学方法，即交通波动理论，假定交通流是具有特定性质的一种流体，应用气体运动或声波洪水波理论，宏观地表现这种现象的变化和演进的方法。
自从著名的流体力学家Lighthill 和Whitham 提出交通流的力学模型以来，不少力学家和物理学家投入到交通科学研究中，建立了各种各样的交通流的流体动力学模型。
2 典型的交通流的流体力学模型2.1 第一个交通流的力学模型——Lighthill-Whitham 模型 1955年，著名的流体力学家Lighthill 和Whitham 提出交通流的力学模型，满足如下的方程： 0)(=∂∂+∂∂x V t ρρ （1）其中),(t x ρ和),(t x V 和表示t 时刻位于x 处的交通流密度和平均速度此方程反映了车辆数守恒，对于平均速度),(t x V ，Lighthill 和Whitham 假设了一个速度-密度关系：)),((),(t x V t x V e ρ= (2) 将（2）代入（1）中，就得到方程：0][=∂∂∂∂++∂∂x V V t e e ρρρρ (3)Lighthill-Whitham 模型虽然具有简单明了的优点,但是仅仅适用于平衡态的交通流模型，无法解决本质上处于非平衡态的交通现象。
2.2其他几种交通流的流体力学模型的列举Lighthill-Whitham 模型之后，还有很多其他模型2.2.1 Payne 模型2.2.2 K ühne 模型2.2.3 K-K 模型2.2.4 吴正模型2.2.5 冯苏苇模型3 研究方法3.1 观测实验可以选择到交通路口等地方通过人工观测记录，也可以到交通部门获取资料3.2 建立数学模型对于数据中出现的各个参数，通过数据的分析和参数辨识来确定。
交通流理论-流体理论
（5 - 8 ）
在流量—密度相关曲线上， 在流量—密度相关曲线上，集 散波的波速就是割线的斜率、微弱波 散波的波速就是割线的斜率、 流量和密度非常接近） （流量和密度非常接近）的波速就是 切线的斜率。如图所示， 切线的斜率。如图所示，当车流从低 密度低流量的A 密度低流量的A状态转变的高密度高 流量的B状态时， 流量的B状态时，集散波的波速是正 的，即波沿道路前进。当车流从低流 即波沿道路前进。 量高密度的C 量高密度的C状态转变到高流量而密 度较低的B状态时， 度较低的B状态时，集散波的波速是 负的，即波沿道路后退。 负的，即波沿道路后退。从A状态到 状态的波是集结波。而从B状态到A B状态的波是集结波。而从B状态到A 状态的波是消散波，两者都是前进波。 状态的波是消散波，两者都是前进波。 状态到C状态的波是集结波， 从B状态到C状态的波是集结波，从C 状态到B状态的波为消散波， 状态到B状态的波为消散波，两者都 是后退波。 是后退波。
（5-3）
q = ku
∂k ∂ ( ku ) + = 0 ∂t ∂x
（5-4）
上式表明，当车流量随距离而降低时， 上式表明，当车流量随距离而降低时，车流密度则随 时间而增大。 时间而增大。
二、车流波动理论 交通车流和一般的流体一样， 交通车流和一般的流体一样，当道路具有瓶颈形 式路段，车流发生紊乱拥挤现象， 式路段，车流发生紊乱拥挤现象，会产生一种与车流 方向相反的波，好像声波碰到障碍物时的反射一样， 方向相反的波，好像声波碰到障碍物时的反射一样， 阻止车流前进，降低车速。如图5 阻止车流前进，降低车速。如图5-1。
第五节
交通流的流体力学模拟理论
2、车流连续性方程的建立 假设车辆顺次通过断面I II的时间间隔为 的时间间隔为Δ 假设车辆顺次通过断面I和II的时间间隔为Δt，两断 面的间距为Δ 面的间距为Δx。
交通流流体力学模型分析与改进
少， 在站 Biblioteka 和站 ２间会产 生车辆的聚集 。
Ａ ｋ ＝ 一（ ２ 一Ｎ ） 一△ ＾ ｒ
△
一
为了使这个模 型更符合 实 际情 况 ， 对其 加 以改进 ， 考 虑 三方
Ａｘ
面因素 ： １ ） 敏感 系数 Ｏ ｔ 是 可变 的， 它 随两车道 之 间的密度 不 同而
交 通 流 流 体 力 学 模 型 分 析 与 改 进
易 强
（ 长沙理 工大学交通运输工程学 院， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ０ ４）
摘
要： 依据交通流与流体运动 的相似性 ， 从 交通 守恒方程入手 ， 建 立了简单的流体模型 ， 同时根 据真 实交通流 所受随机 因素的影
响， 提 出了交通流流体改进模型 ， 为该 问题 的研 究奠定 了基础。
一
其中 ， 为敏感 系数 ， 表示交叉强度 ， １ ／ ｔ ； ｋ 为第 ｉ 车道的平衡 密度。题设条件假定 系统封 闭， 流量守恒 ， Ｑ ＋Ｑ ＝ ０， 符合要求 。
般 不会 有车辆的减少 ， 设 Ｎ． ＞ Ｎ２ 。由于在间距 内没有车辆 的减 设Ⅳ ２ 一 Ｎ。 ＝Ａ Ｎ， 则车辆聚集数为负值 。
双车道或多车道 的简单连续 流模 型可 以通过整 合每 个 车道 的相似性 ， 本文通过 对多 车道流 体力学模 型进 行探讨 和研 究 ， 提 的守 恒 方 程 得 出 。 车 道 间 的 交 通 流 变 化 意 味 着 所 研 究 车 道 上 的 出适用于机非混合车道交通流的二维流体 力学改进模型 。 车辆产生或减少。车辆产生 条件 基于这样一个 假设 ： 相邻 车道之
第４ １ 卷 第３ ２期
4-4 交通流理论-流体理论
车辆运行时间-空间轨迹图
14/27
又：
x B w1 (t A t s ) 2 w2 t s
解得：
ts 2 W1t A 2 2.5 0.167 0.186h W1 W2 2.5 (6)
所以：
t j t A ts 0.353h
车辆运行时间-空间轨迹图
集结波波速：
1950 3880 w2 7.283( Km / h) 33 298
22/27
根据时间-空间轨迹图可获得如下方程组：
t R (t E t R ) 1.69 t R (W1 ) (t E t R )V1 x R x F
将 W1 1.495, V1 50带入方程组，解得： t R 1.641小时，t E t R 0.049小时， x R x F t R (W1 ) 1.641 1.495 2.453Km
20/27
车辆运行时间-空间轨迹图
21/27
这是一后退波，表示居住区路段入口处向上游形成一列密 度为298 辆／Km的拥挤车流队列 。图中tF-tH=tE-t0=1.69，则 tE=1.69小时，OF为W1的轨迹。在F处高峰流消失，出现流量为 1950辆／小时，速度为59Km/h的低峰流。
1950 K3 33辆 / km 59
第四章 交通流理论
第五节 流体力学理论
1/27
一、引言
1、流体动力学理论建立 1955年，英国学者莱脱希尔和惠特汉将交通流比拟为一种流 体，对一条很长的公路隧道，研究了在车流密度高的情况下的 交通流规律，提出了流体动力学模拟理论。 该理论运用流体动力学的基本原理，模拟流体的连续性方 程，建立车流的连续性方程。把车流密度的变化，比拟成水波 的起伏而抽象为车流波。当车流因道路或交通状况的改变而引 起密度的改变时，在车流中产生车流波的传播，通过分析车流 波的传播速度，以寻求车流流量和密度、速度之间的关系，并 描述车流的拥挤—消散过程。因此，该理论又可称为车流波动 理论。
流体力学中三个主要力学模型
流体力学中三个主要力学模型
流体力学中的三个主要力学模型分别是：
1. 欧拉方程：描述流体的宏观运动，基于连续性方程和动量守恒方程。
该模型假定流体是连续分布的，无黏性、无压缩性和外部力场作用的理想流体。
2. 非牛顿流体模型：描述流体内部粘性特性与剪切速率的关系，包括粘弹性、塑性和黏度剪切等因素。
该模型适用于高浓度悬浮体、聚合物溶液等非牛顿流体。
3. 雾化模型：用于描述将一液滴或者液体流的分离成许多小液滴的现象，在工程领域得到广泛应用。
该模型包括通过理论和实验方法求解流体表面张力、液滴间距和液滴尺寸分布等参数。
高速公路交通流模型研究
高速公路交通流模型研究随着车辆数量的快速增长，高速公路交通拥堵已经成为了一个全球性的问题。
如何准确地预测道路上的车辆流量和速度，实现合理的交通流畅性管理，成为了国际上的研究热点。
本文将介绍高速公路交通流模型的研究现状及其应用。
1.原理与方法交通流模型是指建立交通流量和速度之间的数学模型，以预测交通流的变化和分析交通问题。
在高速公路上，交通流呈现出复杂的非线性行为，在建立交通流模型时，需要考虑交通流的不确定性和非线性行为。
目前，流体力学模型、宏观模型和微观模型是常用的交通流模型。
流体力学模型主要针对交通流体系的物理特性和流体动力学特征；宏观模型从宏观角度出发，考虑交通流的统计特征；微观模型从微观角度出发分析交通流的行为和相互影响。
2.应用与研究现状高速公路交通流模型的研究主要应用于以下方面：（1）交通流预测交通流预测是对未来交通状况进行预测，为交通管理提供依据。
常用的方法有：基于人工神经网络的交通流预测、基于卡尔曼滤波模型的交通流预测、基于时间序列模型的交通流预测等。
（2）交通管理与优化运用高速公路交通流模型，可以预测高速公路拥堵出现的时间和地点，实现高速公路交通流量的合理分配和优化管理。
此外，公路修建、车辆引导和交通信号灯时间选定等各种交通问题的解决也依赖于交通流模型。
（3）交通事故预防交通安全一直是当今社会的重要课题，运用高速公路交通流模型，可以预测和分析高速公路交通事故发生的可能性，为交通安全管理提供依据。
目前，高速公路交通流模型研究已被广泛应用于交通管理、公路规划和交通安全等领域。
在国内外，学者们联合政府和企业，共同推动高速公路交通流模型研究的进展，力求实现高速公路交通流畅性和安全的共同发展。
3.挑战与展望虽然高速公路交通流模型已经取得了一定的成果，但是，现实中仍然存在许多挑战。
例如，如何克服交通流数据获取的困难，如何更好地挖掘交通数据中隐含的模式和规律，以及如何进行合理的拟合和预测等问题，都需要进一步的研究和探讨。
交通流理论-流体理论
第五节 交通流的流体力学模拟理论
第五节
交通流的流体力学模拟理论
一、引言 1、流体动力学理论建立 1955年，英国学者莱脱希尔和惠特汉将交通流比拟为一种 流体，对一条很长的公路隧道，研究了在车流密度高的情况下 的交通流规律，提出了流体动力学模拟理论。该理论运用流体 动力学的基本原理，模拟流体的连续性方程，建立车流的连续 性方程。把车流密度的变化，比拟成水波的起伏而抽象为车流 波。当车流因道路或交通状况的改变而引起密度的改变时，在 车流中产生车流波的传播，通过分析车流波的传播速度，以寻 求车流流量和密度、速度之间的关系，并描述车流的拥挤—消 散过程。因此，该理论又可称为车流 w1 (t A t s ) 2 w2t s
2 W1t A 2 2.5 0.167 ts 0.186h W1 W2 2.5 (6) t j t A t s 0.353h
由图可知拥挤车队从A点开始消散，所以落在路段AC上的车数 就是拥挤车队最长时的车数Nm，它等于波wl在时段tc-t0内掠 过的车数，根据波流量公式，可得：
如果车流前后两行驶状态的流量和密度非常接近，则： dQ W （5-7） dk 集散波总是从前车向后车传播的，把单位时间内集散波所掠过的 车辆数称为波流量。
V2 V1 Qw 1 1 k 2 k1
（5-8）
在流量—密度相关曲线上，集 散波的波速就是割线的斜率、微弱波 （流量和密度非常接近）的波速就是 切线的斜率。如图所示，当车流从低 密度低流量的A状态转变的高密度高 流量的B状态时，集散波的波速是正 的，即波沿道路前进。当车流从低流 量高密度的C状态转变到高流量而密 度较低的B状态时，集散波的波速是 负的，即波沿道路后退。从A状态到 B状态的波是集结波。而从B状态到A 状态的波是消散波，两者都是前进波。 从B状态到C状态的波是集结波，从C 状态到B状态的波为消散波，两者都 是后退波。
第六讲 交通流体理论
交通流回波现象
7
2、集散波的定义
列队行驶的车辆在信号灯交叉口遇到红灯后， 即陆续停车排队而集结成密度高的队列；绿灯启 亮后，排队的车辆又陆续起动而疏散成一列具有 适当密度的车队。
车流中密度经过了由低到高，再由高到低两 个过程，车流中两种不同密度部分的分界面经过 一辆辆车向车队后部传播的现象，称为车流的波 动。车流波动沿道路移动的速度，称为波速。
2
物理特性 连续体 离散元素
变量
动量 状态方程 连续性方程
运动方程
交通流与流体流的比拟
流体动力学系统
交通流系统
单向不可压缩流体 单车道不可压缩车流
分子
车辆
质量m 速度v 压力p
密度k 速度u 流量q
mv
ku
P=cmt
m (mv) 0 t x dv c2 m 0 dt m x
q=ku
k (ku) 0 t x
或 qk22
q1 k1
0 0
qk22
q1 k1
0 0
前一种情况交通流从高流量、低密度、较高速度
进入低流量、高密度、较低速度状态。由于此时
交通波向后运动，所以上游交通流状态将受到影
响而变差。
后一种情况交通流从高密度、低流量、低速度状 态进入到低密度、高流量、高速度状态。由于交 通波向后运动，将对上游交通状况有所改善，如 前方阻碍解除时会出现这种状况。
[q (q q)]t [k (k k)]x
或： k q 0
t x
取极限可得： k q 0 t x
又： q ku
故：
k (ku) 0 t x
上式表明，当车流量随距离而降低时，车流密度则随 时间而增大。
5
如果路段上有交通的产生或离去，那么守 恒方程采用如下更一般的形式：
道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法
道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法道路交通是城市生活中不可或缺的一部分，而道路交通的流体物理模型和粒子仿真方法则是研究道路交通的重要工具。
本文将从流体物理模型和粒子仿真方法两个方面来探讨道路交通的研究。
道路交通的流体物理模型是基于流体力学的理论，将车辆视为流体粒子，通过对车辆的运动状态、速度、密度等参数进行建模，来研究道路交通的流动特性。
在道路交通的流体物理模型中，车辆的运动状态可以用速度-密度关系来描述，即车辆的速度与车辆密度成反比，车辆密度越大，车辆速度越慢。
此外，道路交通的流体物理模型还可以通过流量-密度关系来描述车辆的流动特性，即车辆的流量与车辆密度成正比，车辆密度越大，车辆流量越大。
道路交通的粒子仿真方法是基于计算机模拟的理论，将车辆视为粒子，通过对车辆的运动状态、速度、加速度等参数进行仿真，来研究道路交通的流动特性。
在道路交通的粒子仿真方法中，车辆的运动状态可以用牛顿第二定律来描述，即车辆的加速度与车辆受到的力成正比，车辆受到的力包括摩擦力、重力、空气阻力等。
此外，道路交通的粒子仿真方法还可以通过碰撞检测来模拟车辆之间的交通事故，从而研究道路交通的安全性。
道路交通的流体物理模型和粒子仿真方法是研究道路交通的重要工具，它们可以帮助我们更好地理解道路交通的流动特性和安全性，为城市交通规划和管理提供科学依据。
第3章-交通流模型
（2）突变理论的内容
突变理论主要以拓扑学为工具，以结构稳定性理论为基础， 提出了一条新的判别突变、飞跃的原则。
对于这种结构的稳定与不稳定现象，突变理论用势函数表 示稳定或不稳定，并有一套固定的运算方法。
托姆的突变理论，是用数学工具描述系统状态的飞跃，给 出系统处于稳定态的参数区域，参数变化时，系统状态也 随着变化，当参数通过某些特定位置时，状态就会发生突 变。
（3）该模型所做的交通调查是在假期进行的。
2. 其他模型及曲线
§5 三维模型
V
u
k
qm
流量
Q max
流 量 /Q
2
0
00
02
安德伍德模型 适用范围
Vmua fx
Vm ax
uf
速度
uVmm
Vm
um
速 度 /V
00001密1密度K m/K度k Km/km ax k j
3 0
3 0
0
0 Q m ax
练习：
1.交通流三参数是指哪三个参数？ 2.简述流量和车头时距之间的关系。 3.常用的交通流参数的统计分布有哪些？ 4.简述Greenshields模型、Greenberg模型、
Underwood模型的基本形式、特点及其使用条件。
谢谢观赏
00001密1密度K m/K度k Km/km ax k j
3 0
3 0
0
0 Q m ax
q
流 量 /Q 流 量 /q
m
②交通密度越小，车辆行驶时相互影响也就越小， 车速也就越高，表现为线性关系。
§5 三维模型
V
u
k
qm
流量
Q max
流体力学模型
姜锐模型
姜锐在他的博士论文中，根据他所改进的车辆跟驰模型(全速度差跟驰模型)，经过“连
续化”，建立了一种各向异性流体力学模型。他首先得到如下方程：
1
∆
,
其中，T 为弛豫时间， 为扰动向后传播△距离所需时间，经对式右端的 Taylor 展开， 忽略高阶项，就有
1
其中 ∆⁄ 为小扰动的传播速度。 姜锐据此模型给出了时停时走交通波的解，并分析了交通激波和稀疏波的结构。 张红军模型 2002 年，Zhang H M(张红军)从 Pipes 的车辆跟驰模型出发，建立了另一种各向异性流 体力学模型。Pipes 的模型方程为:
∆k
NN ∆x
∆N ∆x
即车辆聚集数为：
∆N ∆k∆x
因此
∆q∆t ∆k∆x
∆ ∆
∆ ∆
0
假设两站间的车流连续，且允许有限的增量为无穷小，则可取极限得： 0
如果在路段内有车辆的产生和离去，那么守恒方程将采用如下的一般的形式： ,
这里 , 是指车辆的产生（离去）率（单位时间、单位长度内车辆产生或离去数） 在实际中，当交通流受到干扰时，将会考虑车辆的产生和离去（例如，交叉口的进 出口）。 4. 交通波动理论
Δk 前面加一负号，表示在拥挤状态，车流密度随车流量的增加而减小。
基于上述定义，我们可得出： N ⁄∆t q =断面 1 的交通量 ∆N⁄∆t ∆q
N ⁄∆t q =断面 2 的交通量 ∆N ∆q ∙ ∆t
如果 x 足够短，使得该路段内的密度 k 保持一致，那么在 t 内断面 1 和 2 之间的
密度增量 k 可以表示如下：
假设车辆顺次通过断面 I 和 II 的时间间隔为 Δt，两断面的间距为 Δx。
Δx 内没有进出口；
第一部分 交通流理论-2
∆k ⋅ ∆X = − ∆N
∆q ⋅ ∆t = ∆N
∆k ⋅ ∆X = − ∆q ⋅ ∆t
∆q ∆k + =0 ∆X ∆t
∂q ∂k + =0 ∂X ∂t
流量守恒方程
∂q ∂k + =0 ∂X ∂t
流量守恒方程的求解
流量守恒方程将互相作用的交通参数密度、 流量守恒方程将互相作用的交通参数密度、速度以 及相互独立的变量时间、 及相互独立的变量时间、距离联系了起来 一般情况下无法求解 增加假设条件
第一节
基础理论
一、可插间隙理论 二、车头时距分布
可插间隙理论
基本定义
临界间隙tc：驾驶员能够接受的最小间隙 临界间隙的前提：保证安全
只有主路车流的 车辆间隙至少达 到tc，次路车辆 才能进入交叉口
tc
基本定义
跟随时间tf：当主路车辆之间出现一个较长的 间隙时，次路可以有多辆车进入交叉口，这时 次路车辆的车头时距
密度k2 平均速度U2
A
S
B
低密度、低流量、 低密度、低流量、高速度
高密度、高流量、 高密度、高流量、低速度
密度k1 平均速度U1
q2 − q1 < 0 k 2 − k1 < 0
密度k2 平均速度U2
高密度、高流量、 高密度、高流量、低速度
低密度、低流量、 低密度、低流量、高速度
q2 − q1 US = k 2 − k1
排队消散时间为 (q1 − q2 ) ×1.69 541 t1 = = = 0.28h q2 − q3 1924
阻塞时间=0.28+1.69=1.97h 阻塞时间=0.28+1.69=1.97h第六章 无信号交叉口理论
第五章 交通流模型
k1j
1 2
(k
0 j 1
k
0 j 1
)
t 2x
uf
[k
0 j 1
(1
k0 j1
k jam
)
k 0j1(1
k0 j1
k jam
)]
j 0时，
k01
1 2
k10
t 2x
uf
k10 (1
k10 k jam
)
0.0004975 0.3 27.8 0.0004975(1 0.0004975)
连续交通流模型
13
Q1 [(k2 k1) (k20 k10 )]
Q2 [(k1 k2 ) (k10 k20 )]
其中：α为敏感系数，单位：s-1； ki0是第i车道的平衡密度（反映了容纳
车辆的能力）。 由于系统封闭，流量守恒，Q1+Q2=0
连续交通流模型
14
2. 模型改进
①敏感系数可变，随两车道之间密度的不同而不同
1 2
(k2n, j1
k2n,
j 1 )
t 2x
(G2n,
j 1
G2n,
j 1 )
t 2
(Q2n, j1
Q2n, j1),
j 1,2,...,J
式中：
Qn 1, j
ns 1, j
[(k2n,js
k1n,
s j
)
(k20
k10 )]
Qn 2, j
[(k ns ns 2, j 1, j
k ns 2, j
离散： k0j=jΔx(L-jΔx )/40000000,j=0,1,2,….,200
注意：当 j＜0，取j=0
k n1 j
交通流理论PPT(讲课)
向旭 2009年11月
北京建筑工程学院
向旭 2009年11月
北京建筑工程学院
交通流理论
二、车流连续性方程
设车流顺次通过断面Ⅰ和Ⅱ的时间间隔为△t，两断面得间 距为△x。车流在断面Ⅰ的流入量为Q、密度为K；同时，车 流在断面Ⅱ得流出量为：(Q+△q)， (K-△K)，其中： △K 的前面加一负号，表示在拥挤状态，车流密度随车流量增加 而减小。 △x Q (K-△K,Q+△Q ) △t Q K Q+△Q K-△K (K,Q)
(K1,Q1)
K
向旭 2009年11月
北京建筑工程学院
交通流理论
三、车流波动状态
•当Q2>Q1 、K2>K1时，产生一个集结波， w为正值，集结波在 波动产生的那一点，沿着与车流相同的方向，以相对路面为w 波动产生的那一点，沿着与车流相同的方向，以相对路面为w 的速度移动。 Q (K1,Q1)
(K2,Q2)
Q
(K2,Q2)
(K1,Q1)
K
向旭 2009年11月
北京建筑工程学院
交通流理论
四、停车波和起动波
1、模型变化 通过速度— 通过速度源自密度模型分析交通模型ui = u f (1 − Ki / K j )
设标准化密度
ηi = Ki / K j
则， u1 = u f (1 −η1 ) u2 = u f (1 −η2 ) uf为自由流速度，将上两式带入下式 uf为自由流速度，将上两式带入下式
uw = u f [1 − (η1 + 1)] = −u f η1
向旭 2009年11月
北京建筑工程学院
交通流理论
四、停车波和起动波
2、起动波 当车辆起动时，k1为阻塞密度，则 当车辆起动时，k1为阻塞密度，则
流体力学模型
姜锐模型
姜锐在他的博士论文中，根据他所改进的车辆跟驰模型(全速度差跟驰模型)，经过“连
续化”，建立了一种各向异性流体力学模型。他首先得到如下方程：
1
∆
,
其中，T 为弛豫时间， 为扰动向后传播△距离所需时间，经对式右端的 Taylor 展开， 忽略高阶项，就有
1
其中 ∆⁄ 为小扰动的传播速度。 姜锐据此模型给出了时停时走交通波的解，并分析了交通激波和稀疏波的结构。 张红军模型 2002 年，Zhang H M(张红军)从 Pipes 的车辆跟驰模型出发，建立了另一种各向异性流 体力学模型。Pipes 的模型方程为:
物理特性 连续体 离散元素
变量
动量 状态方程 连续性方程
运动方程
流体动力学系统 单向不可压缩流体
分子 质量 m 速度 v 压力 p源自mv0∙0
交通流系统 单车道不可压缩流体
车辆 密度 k 车速 u 流量 q
ku
∂u ∂ mv ∂t ∂x
0
du dt
k
du dk
∙
∂m ∂x
0
3. 车流连续性守恒方程的建立
∆k
NN ∆x
∆N ∆x
即车辆聚集数为：
∆N ∆k∆x
因此
∆q∆t ∆k∆x
∆ ∆
∆ ∆
0
假设两站间的车流连续，且允许有限的增量为无穷小，则可取极限得： 0
如果在路段内有车辆的产生和离去，那么守恒方程将采用如下的一般的形式： ,
这里 , 是指车辆的产生（离去）率（单位时间、单位长度内车辆产生或离去数） 在实际中，当交通流受到干扰时，将会考虑车辆的产生和离去（例如，交叉口的进 出口）。 4. 交通波动理论
其中 、
道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法
道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法道路交通是一个复杂而又重要的社会现象，针对道路交通流的研究已经成为交通工程领域的重要研究方向之一。
在这个领域中，流体物理模型和粒子仿真方法是两种常用的研究手段。
流体物理模型是一种基于物理规律的模拟方法，它将车流看作是一种流体，通过描述车流的运动状态和交通流的物理特性来推导交通流的行为规律。
流体物理模型通常采用连续介质模型，将车流看作是流体的连续介质，以流体力学方程为基础，建立了交通流的基本方程组。
在流体物理模型中，车流的运动状态和交通流的物理特性是非常重要的，这些特性包括车辆的速度、密度和流量等。
这些特性随着道路状态和车辆数量的变化而发生变化，因此需要通过实时监测和数据采集来获取。
同时，流体物理模型也需要考虑到道路环境和车辆行驶特性的影响，如道路坡度、路面摩擦系数、车辆制动距离等。
粒子仿真方法则是一种基于计算机模拟的方法，它将车辆看作是一个个粒子，通过模拟每个粒子的运动轨迹来推导交通流的行为规律。
粒子仿真方法通常采用离散介质模型，将车辆看作是离散的粒子，以粒子动力学方程为基础，建立了交通流的仿真模型。
在粒子仿真方法中，车辆的运动状态和交通流的物理特性也是非常重要的，这些特性需要通过建立车辆模型和交通流模型来进行描述。
同时，粒子仿真方法也需要考虑到车辆与道路环境的相互影响，如道路障碍物、道路标识等。
无论是流体物理模型还是粒子仿真方法，它们都是通过建立数学模型来描述交通流的行为规律，从而为交通工程的规划、设计和管理提供支持。
但是，由于交通流存在很多的不确定性和复杂性，这些模型的应用也存在一些局限性，需要不断地进行优化和改进。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
交通流流体力学模型
交通流流体力学模型是研究交通流动的数学模型，通过对交通流的运动规律和特性进行建模和分析，可以帮助我们更好地理解交通系统的运行机理，并提供科学的决策依据。
在交通流流体力学模型中，我们将交通流看作是一种流体，交通参与者（如车辆、行人等）相当于流体粒子，而道路网络则相当于容器。
通过对流体力学的研究方法和理论的运用，可以对交通流的运动进行建模和仿真，从而揭示交通流的行为模式和规律。
交通流流体力学模型主要包括两个方面的内容：宏观模型和微观模型。
宏观模型主要关注整体交通流的运动特性和性能，通过对交通流的密度、速度和流量等宏观指标的研究，来描述交通流的整体行为。
而微观模型则更加注重个体交通参与者的行为和决策过程，通过对车辆运动的微观规则和交互行为的建模，来模拟交通流的微观行为。
在交通流流体力学模型中，我们可以使用诸如流量-密度关系、速度-密度关系和流量-速度关系等基本规律来描述交通流的运动特性。
例如，根据流量-密度关系，当道路上的车辆密度增加时，流量也会增加，但当密度达到一定程度时，流量会出现饱和现象，即流量不再增加。
这种关系可以通过实测数据和统计分析得到，并用数学模型进行描述。
交通流流体力学模型还可以考虑一些特殊情况和因素的影响，如交通信号灯、交叉口的影响等。
通过对这些因素的建模和分析，可以预测交通流的运动状态，并为交通管理和规划提供科学依据。
例如，可以通过模型来优化信号灯的配时方案，以减少交通拥堵和提高交通效率。
交通流流体力学模型的研究对于交通管理和规划具有重要的意义。
通过对交通流动的建模和分析，可以帮助我们更好地理解交通系统的运行机理，为交通管理者提供科学的决策依据。
同时，交通流流体力学模型也可以用来评估交通政策和措施的效果，从而指导交通规划的制定和实施。
交通流流体力学模型是研究交通流动的重要工具和方法，通过对交通流的运动规律和特性进行建模和分析，可以帮助我们更好地理解交通系统的运行机理，并提供科学的决策依据。
通过不断完善和发展交通流流体力学模型，我们可以更好地解决交通拥堵、提高交通效率，实现交通系统的可持续发展。