2-1 现代交通科学前沿导论-交通流理论1解析
现代交通流理论课件
• 交通流基本概念 • 交通流理论模型 • 交通流特性分析 • 交通流波动理论 • 交通流控制策略 • 现代交通流理论应用
目录
01
交通流基本概念
交通流定义
交通流
在某一路段上，一段时间内，车辆、 行人等交通实体在路上的流动过程。
交通流模型
通过数学建模描述交通流特性的理论 模型。
交通流稳定性的判定
要点一
交通流稳定性的定义
根据交通流的波动性质，定义交通流稳定性，并说明稳定 性的物理意义。
要点二
交通流稳定性判别的数值方法
通过数值方法求解交通流波动方程，根据解的性质判断交 通流的稳定性。
05
交通流控制策略
交通信号控制
实时感应控制
通过安装传感器和检测器，实时监测交通流 量和拥堵情况，调整信号灯的灯光时序和时 间，提高交通效率。
多模式交通规划
考虑多种交通方式的需求和特点，规划公共交通、步行、自行车等 交通方式的优先级和衔接，提高综合交通效率。
交通法规与安全教育
法规制定与宣传
01
根据交通流理论和实际情况，制定合理的交通法规和安全规定
，并通过媒体、宣传栏等方式进行广泛和培训，提高公众的交通安全意识和技能水
交通流参数
流量
单位时间内通过某一路段的车辆数量 。
速度
车辆在行驶过程中的平均速度。
密度
单位长度内车辆的数量。
交通流密度-速度曲线
描述交通密度与速度之间关系的曲线 。
交通流分类
连续流
车辆连续行驶，无间隔，如高速公路。
稳定流
交通状态稳定，无突变，如常规交通路线。
间断流
车辆行驶过程中有间隔，如城市道路。
《交通流理论》课件
3 神经网络与系统动力
学模型
发掘交通流背后的规律与 数据。
常用的交通流模型
绿波
通过交通灯间绿灯时间调整， 实现路口道路上车辆优化通行。
无控制交通
一些道路没有交通标志或交通 灯控制，全靠驾驶者自行协调 给对方的机会和道路行驶的权 限。
公路服务交通
通过引导车辆运行于同一车行 道，降低车辆混乱程度，提高 道路通行及吞吐能力。
2
城市道路交通流
以城市道路为主的交通流。由于道路等级较低，更容易发生道路障碍和拥堵现象。
3
公共交通流
由公共交通工具构成的交通，包括地铁、公交、轻轨等。
微观交通流理论
车辆行驶过程的数学理论
车辆在道路上行驶往往涉及到加 速、减速、换道等复杂问题。数 学理论可以帮助我们组织各种数 据，更好地理解车辆的行为。
主要国内外研究案例介绍
佛罗里达州因交通而 发生的经济灾难
对佛罗里达州交通拥堵进行了 研究，并呼吁提高城市公共交 通的质量。
北京市搭乘出租车的 人群出行行为分析
搭乘出租车的人群出行行为分 析，结合城市交通，为出租车 行业提供决策依据。
道路自由拥堵模型
对交通系统反应的宏观建模， 从而预测特定情况下交通拥堵 的机制和规律。
1 减少拥堵
相互通信的车辆可以确定最短路径且快速调整，降低交通拥堵。
2 降低性能损失
车辆可以通过感知和响应方式，使驾驶效率大幅提高。
3 提高安全性
车辆自主驾驶减少了驾驶员对车辆控制的干扰，更加安全。
城市交通拥堵解决方案分析
提供公共交通
政府应该投资构建高效、舒适、 高品质的公共交通系统，以提 高市民出行的质量。
交通流理论
欢迎来到交通流理论PPT课件！在这里，我们将一起探讨交通流基本概念、常 用的交通流模型以及交通流量预测方法等主题。
交通工程学——交通流理论
29
二、排队论的基本概念
排队系统的三个组成部分: 输入过程：是指各种类型的“顾客(车辆或行人)”按怎样的规律到达。 输入方式包括：
泊松输入、定长输入、爱尔朗输入 排队规则：是指到达的顾客按怎样的次序接受服务。排队规则包括：
等待制、损失制、混合制 服务方式： 指同一时刻多少服务台可接纳顾客，每一顾客服务了多 少时间。服务时间分布包括：
28
二、排队论的基本概念
“排队”与“排队系统” 当一队车辆通过收费站，等待服务（收费）的车辆和正在被服务
（收费）的车辆与收费站构成一个“排队系统”。 等候的车辆自行排列成一个等待服务的队列，这个队列则称为“排
队”。 “排队车辆”或“排队（等待）时间”都是指排队的本身。 “排队系统中的车辆”或“排队系统消耗时间”则是在指排队系
由λ=360/3600=0.1
P(ht ) e t 同样P，(h车10头) 时e距小0.1于1010s的0.概37率为：
P(ht) 1 et 0.63
19
二、连续性分布
由上例可见，设车流的单向流量为Q（辆/h），则λ=Q/3600，
于是负指数公式可改写成：
Qt
P(ht) e 3600
负指数M分布的1 均值M和方差D分别为：
基本公式:
P(k )
(t)k
k!
e t
式中： P(k) —在计数间隔t 内到达 k 辆车的概率; λ —平均到车率(辆/s) ； t —每个计数间隔持续的时间(s) 。
5
一、离散型分布
令mP=λ(kt,)则：mk!k e m
递推公式：
P(0) em
P( k 1)
m k 1
P( k )
现代交通运输中的交通流理论和控制技术研究
现代交通运输中的交通流理论和控制技术研究随着人口增长、城镇化进程快速发展和经济全球化的加速，交通拥堵成为城市发展中错综复杂的问题之一。
近年来，尤其是数字化、网络化技术的快速发展，交通运输行业逐步进入智能化时代。
在这种趋势下，交通流理论和控制技术研究愈发重要。
交通流理论交通流理论是指研究交通运输系统中车辆和行人运动规律、系统性能和影响因素的一门学科。
其中，交通流是指在一定地理空间中，由车辆或行人组成的运动线的集合，反映了车辆和行人在路段、交叉口、路网中的运动状态。
交通流理论的重要性在于，可以通过对交通流的分析、识别和预测，提出更有效的交通规划和管理策略。
因此，交通流理论已经成为交通运输领域中的一个重要研究领域。
交通流理论的基础是数学模型和数据分析。
作为数学模型的基础，交通流理论关注车流量、速度和密度的关系，以及车流的演化和稳定性等问题。
研究者通过测量现场实际数据，并通过建立数学公式模拟交通流，分析交通流的细节和特征，为实践提供基础的建议和决策。
当前，交通流理论已经广泛应用于交通运输的各个方面，如路段设计、信号控制、逆向规划等。
例如，已经存在的平衡交通流模型（Equilibrium Traffic Flow Model），可以适用于交通网络调整、交通管理等情况中，进行运输系统的均衡优化。
而Driv-Qui项目是针对车辆行驶行为的一个实时数据采集系统，该项目主要目标是获取车辆的速度、方向和位置信息，并传递到用户的移动设备上，以便用户更好地规划和选择路线。
交通控制技术研究随着城市规模的扩大，车辆和行人的数量不断增加，交通流密度越来越大。
为了解决交通拥堵和安全问题，交通控制技术逐渐成为了研究的重点。
交通控制技术主要是指在特定路段、交叉口，或整个交通网络中，进行控制和调度，以实现运输系统的故障修复、拥堵缓解等目标的措施。
交通控制技术研究主要有以下几个方面：1.数字化和网络化在数字化和网络化的背景下，现代交通控制技术趋向于网络化和智能化。
交通流理论
交通流理论1. 引言交通流理论是研究交通流动特性和交通流量的理论体系，是交通工程学科中的重要分支之一。
交通流理论的研究旨在提供对交通流动过程的深入了解，以便进一步优化交通系统设计和交通管理，提高道路通行效率和交通安全性。
本文将介绍交通流理论的基本概念、流量参数和交通流模型。
2. 交通流的基本概念2.1 交通流定义交通流是指在一定时间内通过交通线路或交通节点的车辆数量。
由于道路容量和车辆需求之间的差异，交通流不断变化。
为了研究交通流的特性，人们引入了一些概念和参数。
2.2 交通密度和车头时距交通密度指单位长度上通过的车辆数，常以辆/km表示。
车头时距是指相邻车辆之间的时间间隔，常以秒表示。
交通密度和车头时距是交通流理论中重要的参数。
3. 流量参数3.1 交通流量和实际容量交通流量是指通过某一断面的单位时间内的车辆数量。
实际容量是指在现实条件下通过断面所能容纳的交通流量。
实际容量受到道路几何条件、交通信号控制和车辆行为等因素的影响。
3.2 具备流量具备流量是指交叉口或道路中单位面积内通过的车辆数目。
具备流量与交通流量之间存在一定的关系，是进行交通流计算和交通规划的重要参数。
4. 交通流模型4.1 简单线性模型简单线性模型是最基本的交通流模型之一，假设速度和车头时距成正比。
该模型可以用来预测车辆平均速度、车头时距和交通流量之间的关系。
4.2 瓶颈模型瓶颈模型是一种描述交通拥塞现象的模型，可以用来研究交通流在瓶颈区域的行为。
通过分析瓶颈模型，可以找到减少交通拥堵的措施，提高交通流动效率。
4.3 非线性模型非线性模型是对交通流动过程更为细致的描述，考虑了交通流量对车速和车头时距的影响。
非线性模型可以更准确地预测交通流的行为，并为交通系统优化提供更实用的建议。
5. 结论交通流理论是研究交通流动特性和优化交通系统的重要理论体系。
通过研究交通流的基本概念、流量参数和交通流模型，可以更好地理解和优化交通系统设计，提高道路通行效率和交通安全性。
交通流理论——精选推荐
交通流理论发展概述摘要：对已有交通流理论研究内容作了归纳总结。
强调指出现有交通流理论存在较大的缺陷和不足，影响了实际应用效果。
对近年来交通流理论的进展进行了较全面的综述，以作为进行新的交通流理论研究的基础；最后预测了交通流理论的发展方向，认为应该以系统科学的新方法去推动交通流理论的新发展。
关键词:交通流理论，交通流，系统1 引言交通流理论是运用物理和数学的定律来描述交通特性的一门边缘学科。
它的应用能更好地解析交通现象及其本质，使道路发挥最大功效。
作为交通工程学的基础理论，多年来交通流理论广泛应用于交通运输工程的许多研究领域。
交通运输系统是一个复杂的大系统, 随着经济发展及城市之间社会交往与经济贸易日渐频繁[1]，交通需求发生了前所未有的迅速增长，加之我国人口稠密, 交通设施原本落后，以及作为发展中国家工业化过程中的机动车高增长率使交通供不应求的矛盾日益尖锐。
另一方面, 我国特有的行人、非机动车和机动车三元混合交通流构成与相对落后的交通流组织、管控之间的矛盾也愈发突出。
此两方面相互影响, 共同导致严重的交通拥挤和堵塞。
目前，解决交通拥塞的主要方法有二: 一是在“硬件”方面,加强交通基础设施建设，新建道路、立交或对现有的道路网络进行改造以增加通行能力；二是在“软件”方面，对交通流进行科学的组织与管控, 充分发挥现有交通网络的通行潜力, 最大程度上使交通流做到有序流动。
比较而言，方法二所需投资较少，在短时间内(一定条件下)可望取得一定的实效。
然而令人遗憾的是，上述解决方法仍未在实际中取得明显的成功，这不能不引起人们深入的反思。
究其原因，一是在实践方面，由于交通系统是一个复杂的大系统，任何单一层次、几种方法的简单集成都难以解决交通不畅这一“顽症”,必须采用系统工程的思想和方法, 通过科学、系统的综合治理来加以解决。
另一方面，目前解决交通拥塞所基于的交通流理论及由此衍生的管控方法存在严重的缺陷，亟需发展更加有效的、更能在本质上反映实际交通特性的交通流理论，以指导交通流组织管控实践。
第八章交通流理论
主要内容 交通流的统计分布特性 排队论的应用 跟驰理论简介(jiǎn jiè) 流体动力学模拟理论
精品资料
第八章 交通流理论(lǐlùn)
一、概述(ɡài shù) 交通流理论是运用物理学与数学的定律来描
述交通特征的一门科学，是交通工程学的基 础理论。它用分析的方法阐述交通现象及其 机理，从而使我们能更好地掌握交通现象及 其本质，并使城市道路与公路的规划设计和 营运管理发挥最大的功效。
distribution)
1、负指数分布（Exponential Distribution）
基本公式(gōngshì)：到达的车头时距h大于t秒的概
率
P(h＞t) et
1 平均车头时距
泊松分布t 内无车P辆0 到e达的t 概率
适用条件：用于描述有充分超车机会的单列车流和密 度不大的多列车流的车头时距分布
先分析发生两次排队的条件
即一个周期内到达的车辆数大于有效绿灯时间 内通过(tōngguò)交叉口的车辆数；
再求发生两次排队的概率
精品资料
第八章 交通流理论(lǐlùn)
说明 本例中虽然在每个信号周期中平均到车数只有9.9辆小于
一个(yī ɡè)信号周期有效绿灯时间内的通过的车辆 数11辆，但仍有可能出现车辆两次排队的现象，因 为平均到车数并不表示车流是均匀到达的，可能会 出现某一周期到达的车辆数很少（小于10），使绿 灯时间不能充分利用，当某些周期到达的车辆数很 大（大于11）时就出现了二次排队。
精品资料
第八章 交通流理论(lǐlùn)
2、二项分布（Binomial distribution） ：
基本公式：在计数间隔t内
到达k辆车的概率P(gk àilǜC)nk
智能交通系统中的交通流理论分析
交通流理论分析是智能交通系统中的重要内容，它主要研究交通系统中的车辆流动和交通拥堵等现象，以便提供有效的交通管理策略。
下面是几个常用的交通流理论
分析方法：
1.道路容量分析：道路容量是指单位时间内通过道路的最大车辆数目。
交通流理论可以对不同类型的道路进行容量分析，以确定其能够承载的车辆数目。
2.道路流量分析：道路流量是指单位时间内通过道路的实际车辆数目。
交通流理论可以对道路流量进行分析，以判断道路是否超过其容量，从而预测交通拥堵的可能性。
3.车速-密度关系分析：交通流理论中的车速-密度关系描述了车流密度
变化时车辆车速的变化情况。
通过分析车速-密度关系，可以评估交通流的平稳性和流量容量。
4.瓶颈分析：瓶颈是指交通流中的瓶颈区域，通常是交通拥堵的原因。
交通流理论可以对瓶颈进行分析，以确定瓶颈的位置和原因，并提出相应的改进措施。
5.路口流量分配：路口是交叉口或节点，在交通流理论中可以对路口进
行流量分配分析，以确定不同方向上的流量比例，从而优化交通流动。
通过以上分析，智能交通系统可以根据实时数据和交通流理论模型，进行交通状况监测、拥堵预测、信号优化和路线规划等，以提高交通流动效率，减少交通拥堵。
2交通流理论介绍解析
1950年赫尔曼（Herman）博士运用动力学方法 建立跟车模型，进而提出了跟驰理论
1955年，莱脱希尔（Lighthill）和惠特汉 （Whitham）提出了流体动力学模拟理论 汽车时代，交通波理论和车辆排队理论等相继问 世 1975年，丹尼尔（Daniel L.G.）和马休 （Matthow J.H.）合作出版了《交通流理论》一 书，1998年出版了修订版。该书全面系统地阐述 了交通流理论的研究内容和成果，成为交通流理 论的经典论著。
d1 un1 t T un1 t T T x n1 t T T
.
假设两车的制动距离相等，即 则有
d 2 d3
s t xn t xn1 t d1 L
两边对t求导，得到 也即
..
x n t x n1 t x n1 t T T
第二节 线性跟驰模型
一、线性跟驰模型的建立
跟驰模型实际上是关于反应—刺激的关系式，用 方程表示为：
反应= 灵敏度×刺激
驾驶员接受的刺激是指其前面引导车的加速或减 速行为以及随之产生的两车之间的速度差或车间 距离的变化； 驾驶员对刺激的反应是指根据前车所做的加速或 减速运动而对后车进行的相应操纵及其效果。
判断阶段：对本车将要采取的措施做出判断； 执行阶段：由大脑到手脚的操作动作。 这4个阶段所需要的时间称为反应时间。假设反应时间为T， 前车在t时刻的动作，后车要经过（t+T）时刻才能做出相 应的动作，这就是延迟性。
交通流理论
交通流理论交通流理论是运用数学、物理学和力学的原理描述交通流特性的一门边缘学科，是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，其目的是为了阐述交通现象形成的原理。
目前，对交通流理论的定义不尽相同，但归纳各种定义的主要思想，可以给交通流理论这样一个定义：交通流理论是研究在一定环境下交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系。
根据上述定义，交通流理论设计的范围非常广泛，其研究内容很难一言以蔽之。
参考各种文献资料后，将交通流理论的研究内容分为以下12部分：（1）交通流特性主要介绍交通流的几个参数的概念和基本公式及交通调查的几种常用方法和特点。
重点研究交通流参数经常用到的两类统计分布，即：离散型分布和连续型分布。
（2）交通流模型交通流模型主要指速度—流量，速度—密度，流量—密度模型。
交通流模型能实现交通流变量之间的转换，即能实现控制变量与交通性能指标之间的转换，从而在交通管理中可用于控制某个变量以使交通性能达到最优的的目的。
（3）驾驶人交通特性在此驾驶人交通特性主要是指驾驶人对交通流的影响。
包括人—车—路系统中驾驶人的驾驶任务，驾驶人的离散交通特性及根据闭环控制原理，研究驾驶传递函数及其应用，驾驶人交通特性在交通流中的应用，驾驶人交通特特性在交通流中的作用，包括坡道加速公式，可叉车间隙和合流，停车视距和交叉口视距以及速度错觉，信息干扰，实时信息等内容。
(4）车辆跟驰理论交通流车辆跟驰理论是应用动力学方法，将交通流处理为分散的粒子组成，从围观角度探究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态，并用数学模式表达而加以分析阐明的一种理论。
（5）排队理论及应用（6）连续交通流模型（7）宏观交通流模型（8）交通影响模型（9）无信号交叉口理论（10）信号交叉口理论（11）交通系统仿真（12）交通流理论的应用城市道路信号交叉口作为城市道路网络中通行能力和交通安全的瓶颈，在道路衔接中起着举足轻重的作用，其通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市路网的通行能力，影响着城市交通网络的运输能力。
现代交通流理论
用 检验判别这两种分布拟和的优劣。 对于泊松分布，把理论频数小于5的到达数合并后，并成10组，可算得： =172/12.1+202/20.7+。。。142/9.8-232=20.04， DF=10-1-1=8 查表得： =15.51< 可见泊松分布拟合是不可接受的 同理计算负二项分布，负二项分布是可以接受的。
4.2 交通流特性的统计分布 离散型分布 1）泊松分布： ——递推公式：由参数m及数量k可递推出Pk+1 ； P0=e-m, Pk+1=mPk/k+1 ——分布的均值与方差皆等于t，这是判断交通流到达规律是否服从泊松分布的依据。试证明之。 ——运用模型时的留意点：关于参数 m 可理解为时间间隔 t 内的平均到达车辆数，也可以理解为距离 l 内的平均车辆数；
02
1）简述
4.3 排队论及其应用
2）排队论的基本原理及应用 (1)基本概念 排队：单指等待服务的，不包括正在服务的,排队系统，则包括两者 排队系统的三个组成部分 排队系统输 来自 过 程排 队 规 则
服 务 方 式
定 长 输 入(D)
泊松 输 入(M)
爱尔朗输入
损 失 制
等 待 制
主干道
优先
次干道
优先
07
停让
08
计算次干道通行能力
4.2 交通流特性的统计分布
连续型分布 2）移位负指数分布 (1)基本假定：不能超车的单列交通流和车流量低的车头时距分布 (2)基本模型：车流平均到达率为（辆/秒），最小车头时距为 时，到达的车头时距 h 大于 t 秒的概率为 P (h>t) = e- （t-） (3)分布的均值与方差： M=1/ + m(样本均值)； D=1/ 2 s 2 (样本方差)
关于对现代交通流理论的一点理解和注记
关于对现代交通流理论的一点理解和注记！水寿松其实这个帖子的大部分内容本人已经在中国交通技术论坛中已经谈论过，不过比较零碎，没有系统的阐述，看到这里的网友对于这方面内容的可能不大注意或是了解，想适当的说说，以期产生共鸣、质疑和讨论，希望得到大家的支持！随着现代交通的飞速发展，将交通技术和交通科学割裂开分别独自研究或者不能紧密的合作已不现实，但是从我们调研的情况来看，国内交通工程、规划界人士、专家、学者著书写作是所依赖的交通流理论是国外八九十年代的内容，对于目前国际和国内交通流研究的现状并不是太了解！可以这样说，九十年代中后期交通流理论的一个飞跃（形成了目前所谓的“现代交通流理论”），国内的交通专家们没有赶上。
因为这次飞跃需要研究者具有完备的数理功底。
于是国内一些在数理科学方面做研究工作的科研人员敏锐地觉察到了这种变化，并且跟上了这个潮流，这些专家及其团队，诸如：上海大学上海市应用数学和力学研究所的戴世强教授及其课题组，中国科学技术大学的吴清松教授及其课题组、汪秉宏教授及其课题组，华东师范大学的顾国庆教授及其课题组等等，在这个领域做出了杰出的工作，可以毫不夸张的这样说，我国目前的交通流理论研究是与国际上交通流研究同步的！首先就从大家可能比较熟悉的吉林大学王殿海教授编的《交通流理论》这本书说起。
书中言，将交通流理论分为传统和现代两部分主要是根据研究的手段和方法来划分的。
所谓的传统交通流理论是指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础的交通流理论。
其明显的特点是交通流模型的限制条件比较苛刻，模型推导过程比较严谨，模型的物理意义明确。
而现代交通流理论是指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、模糊控制等）为主要研究手段而形成的交通流理论，其特点是所采用的模型和技术不追求严格意义上的数学推导和明确的物理意义，而重视模型或方法对真实交通流的拟合效果。
主要用于对复杂交通流想象的模拟、解释与预测。
另外传统交通流理论和现代交通流理论并不是截然分开的两种理论体系，只不过是它们所采用的主要研究手段有所区别，在研究不同的问题时他们各有优缺点。
交通流理论要点集
交通流理论要点一、传统交通流理论与现代交通流理论的区别：传统交通流理论所谓的传统交通流理论是指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础的交通流理论，其明显特点是交通流模型的限制条件比较苛刻，模型推导过程比较严谨，模型的物理意义明确，如交通流分布的统计特性模型、车辆跟驰模型、交通波模型、车辆排队模型等。
传统交通流理论在目前的交通流理论体系中仍居主导地位，并且在应用中相对成熟。
现代交通流理论现代交通流理论是指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、模糊控制等）为主要研究手段而形成的交通流理论，其特点是所采用的模型和方法不追求严格意义上的数学推导和明确的物理意义，而更重视模型或方法对真实交通流的拟合效果。
这类模型主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测，而使用传统交通流理论要达到这些目的就显得很困难。
传统交通流理论和现代交通流理论并不是截然分开的两种交通流理论体系，只不过是它们所采用的主要研究手段有所区别，在研究不同的问题时它们各有优缺点。
在实际研究中常常是两种模型同时使用效果更好。
二、交通流理论的研究内容交通流理论研究内容划分成如下10个部分：（1）交通流特性（Traffic Stream Characteristics）研究表示交通流特性的三个参数：流量、速度、密度的调查方法、分布特性及三者之间关系的模型。
（2）人的因素（Human Factors）研究驾驶员在人、车、路、环境中的反应及其对交通行为的影响。
（3）车辆跟驰模型（Car Following Models）研究车辆的跟驰行为、交通的稳定性和加速度干扰等数学模型。
（4）连续流模型（Continuous Flow Models）利用流体力学理论研究交通流三个参数之间的定量关系，并根据流量守恒原理重点研究交通波理论。
（5）宏观交通流模型（Macroscopic Flow Models）在宏观上（即在网络尺度上）研究流量、速度和密度的关系，重点研究路网不同位置（相对城市中心而言）的交通流特性（书二）。
交通运输工程中的交通流理论分析
交通运输工程中的交通流理论分析随着城市化进程不断加快，城市中的交通流量也在不断增加。
因此，在设计和规划城市交通基础设施时，需要运用交通流理论，对实际情况进行分析和预测，以保证城市交通运行的顺畅和安全。
一、交通流理论的概念和应用交通流理论是指对道路、铁路和水路等交通运输工程中的交通流动和流态的系统性和科学性研究。
其目的是分析和描述交通流的特征及其运动规律，以便合理设计交通基础设施，并对城市交通进行规划和管理。
交通流理论是交通工程学科中的一个重要分支，涉及的学科范围广泛，包括交通动力学、交通规划、交通运输经济学、交通安全等多个方面。
在实际应用中，交通流理论具有广泛的应用价值。
比如，在城市交通规划和设计阶段，可以通过交通流理论的分析和预测，确定市区交通网络的拓扑结构和交通组织形式，优化道路交通信号系统和公共交通网络等；在交通管制和安全管理方面，可以根据交通流理论的结论和分析结果，对交通流进行管制和疏导，控制交通流量并降低事故发生率。
二、交通流理论的基本模型交通流理论的基本模型主要有以下几种：密度流量模型、速度流量模型、加速度模型。
1. 密度流量模型密度流量模型是指通过测定相邻车辆间的间距和车辆密度等参数，推算出交通流量的模型。
该模型的基本假设是车辆相互独立行驶，交通流安全且无阻塞，因此适用于交通流量较小、流量变化较缓慢的环境中。
2. 速度流量模型速度流量模型是指根据车辆的速度和流量推算出车道的状态和交通流动情况的模型。
该模型的基本假设是车辆速度相对均匀，交通流受到阻塞和拥堵的影响。
3. 加速度模型加速度模型是在考虑车辆加速度、延误等因素的基础上，对交通流速度进行对数方程描述的模型。
三、各种不同交通流模型的特点和适用范围不同的交通流模型适用于不同的交通工程场景。
例如，密度流量模型适用于较小的路段，比如停车场、小区出入口等；速度流量模型适用于城市繁忙的道路；加速度模型适用于求解车辆的延误时间和交通拥堵的影响。
第4章：交通流理论1
4.2.3 连续性分布
车头时距、速度等取实数值的交通流特性的分布 规律→连续型分布。 1、负指数分布
适用条件：描述有充分超车机会的单列车流和密 度不大的多列车流的车头时距分布→常与计数的泊
松分布相对应。
局限性：车头时距服从负指数分布的车流特性，但负指数 分布的概率密度函数曲线是单降的→说明车头时距愈短，其 出现的概率愈大→这种情形在不能超车的单列车流中是不可 能出现→车辆的车头至车头的间距至少为一个车长→所以车 头时距必有一个大于零的最小值τ→改进：移位负指数分布。
4.2.3 连续性分布
2、移位负指数分布
适用条件：描述不能超车的单列车流的车头时距 分布和车流量低的车流的车头时距分布。 局限性：服从移位负指数分布的车头时距，愈接 近τ，其出现的可能性愈大→不符合驾驶员的心理习 惯和行车特点。
4.2.3 连续等反应灵敏度的驾驶员占大多数，
到达
λ μ
4.3.2 排队论的基本理论及应用
B）排队系统的3个组成部分： 多通道服务系统（M/M/N系统）：服务通道有N条； 根据排队方式的不同，又可分为： 单路排队多通道服务：排成一个队等待数条通道服务， 排队中头一辆车可视哪个通道有空就到哪里去接受服务； 多路排队多通道服务：每一个通道各排一个队，每个通 道只为其相对应的一队车辆服务，车辆不能随意换队。
4.2.2 离散型分布
3、负二项分布
适用条件：到达量波动大的车流
→如：从很近的上游交叉口驶来的车流，当计数 间隔为短信号周期时，所得车辆到达数具有较大的 方差，服从负二项分布。
4.2.2 离散型分布
统计分布特性已知→进行预测 统计分布特性未知→假设分布→检验→预测 4、拟合优度检验— 检验 目的与作用：验证各种交通特性统计分布是否拟 合某种分布，分布的参数又是多少？ 步骤： 建立原假设； 选择合适统计量； 确定统计量临界值； 下统计检验结论。 应用举例：P67～P69，例4.2.4，例4.2.5
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常使用。
第二种方法：可能对高速公路数据采集具有一些价 值，是基于道路上两个方向行驶的一辆调查车辆的。 用下面两个等式估计某一行驶方向的速度。
x y q ta tw
y t tw q
(2.2.1)
(2.2.2)
q：道路上相关方向的估计流量; x：相关方向上行驶的车辆数，调查车辆在朝着相反方向行驶时会遇到它 们; y：当朝着相关方向行驶时，超过调查车辆的净车辆数(即那些超过去的减 去被超过去的); ta:逆向行驶所用的行驶时间，tw为顺着车流行驶的行驶时间，t为朝着相 关方向的平均行驶时间的估计值。 得到的数据：速度和交通量
2.1 概述
那再后面一些的车子看 到前面的车辆纷纷亮起 刹车灯，也不得不开始 刹车。接下来，有几排 车流就开始缓慢“爬行” 了。
2.1 概述
这种速度的降低，被称 之为“后向延展波”，会 一直向后延伸到所有的 车辆。并且这时候开始 有车希望能够找到捷径 继续前行，所以参加变 线，也就进一步使得交 通恶化。
2.2.3 沿 一 段 道 路 的 测 量 Measurement Along a Length of Road
主要方法：通过航拍、或者用安装在高层建筑物 或灯杆上的照相机或闭路电视实现。至少应该观
测0.5公里的道路。
得到的数据：单幅画面，只能测量密度 多幅画面，速度。
尽管密度和速度都可以在整个路段的长度上测量， 但密度必须在时间的某个点上测量；而速度的测量
用轨道探测器。
大多数点探测器得到的数据：占有率（为仪器的 探测区域被车辆所占用的时间百分比），速度， 流量
大多数目前所使用的点探测器（如感应式回路或微波 束）都占用道路上的空间，因此属于短距离测量。这 些探测器可以获得一个新的变量，即占有率；这是早 期的技术所不能提供的。占有率为仪器的探测区域被 车辆所占用的时间百分比。 因为占有率取决于仪器的探测区域的大小，对于同样 的交通，所测量的占有率在各个点可能会有所不同。 为了实用的目的，许多高速公路管理系统都只依赖于 流量和占有率等信息。 与点测量相同，短距离数据采集也能对密度进行直接 测量。
主要方法： 手工计数，气动导管，点探测器，微波，雷达，光电管， 超声波和电视摄像机 能够得到的数据：车流量，速度（微波或雷达探测器）
2.2.2 在 短 距 离 上 的 测 量 Measurements Over a Short Section
主要方法：（原）靠近第一个气动导管放置的第 二个气动导管来获得速度。（新）成对的车辆占
2.1 概述
在一条典型的，很繁忙 的高速公路上面，车流 的交通速度大约是55英 里每小时，这个时候突 然有一个驾驶员想要变 线。
2.1 概述
这就使得目标车道上直 接排在这辆车之后的车 辆不得不刹车让他完成 这一动作，后车的速度 下降到50英里每小时。
2.1 概述
而在速度下降到50英 里每小时的车辆之后的 那些车子，也不得不放 慢速度到45英里每小 时以下，以便能够保持 距离以策安全。
现代交通科学前沿导论 ——交通流理论1
主讲人： 谢东繁 办公地点：8619（51684240） Email: dfxie@
2 交通流理论 • 主要内容
2.1 概述 2.2 交通观测 2.3 交通实测现象 2.4 交通流理论模型简介 2.5 元胞自动机交通流模型
2.1 概述
交通流理论
公路的地方。
第二种系统提供在一段道路上的速度。这是目前没
有巨大努力和花费所不能获得的信息。既然行驶时
间是ITS径路诱导所感兴趣的关键变量之一，那么更 好的信息将是该操作目的的一种优势。这样的信息 对于理论工作也将很有用。 第三种系统提供真正宽区域速度信息的可能性，而
不仅仅是一些挑选的报告点的信息。实现这种方法
数学方法
交通现象
2.1 概述
20世纪30年代
初期研究
20世纪50年代
车辆跟驰模型 流体动力学模型
20世纪90年代
元胞自动机模型
21世纪
百花齐放 百家争鸣
2.1 概述
2.1 概述
2.1 概述
Greenshields 实验设备
2.1 概述
速度-密度关系
获取数据
2.1 概述
交通拥堵背后的科学
2.1 概述
既要求时间变化，又要求距离变化。一般而言，流
量指的是穿过道路上某个点或线的车辆数。因此， 流量和密度指的是不同的测量框架：流量是在空间 某点处的时间上测量的；密度是在时间上某点处的 空间方 法 Moving Observer Method
第一种方法：流动汽车，其中速度和行驶时间记录 为道路上时间和位置的函数。一种是让汽车中的第 二个人来记录速度和行驶时间。另一种使用了一种 修改过的记录速度计，在长途卡车或公共汽车上经
2.2 交通观测
交通数据测量方法
• • • • • 定点测量 小距离路段调查（距离小于10m） 长距离路段调查（距离不小于500m） 浮动观测车调查 ITS宽范围测量方法
2.2 交通观测
用时间－空间图表示四种获得交通数据的方法：
2.2 交通观测
2.2.1定点测量Measurement at a Point
2.1.5 ITS 宽范围测量方法 ITS Wide-Area Measurements
第一种系统将通过成对的回路探测器而提供与所采
集数据的比较数据。尽管它具有只对车队的一小部
分进行抽样的缺点，它也有若干优势。第一优势：
系统维护和修理不会像修理坏掉的回路那么昂贵或
具有破坏性。第二优势：采样站可以比目前的回路 设置更广泛，提供更好的覆盖面，尤其是远离高速
蝴蝶效应（ The Butterfly Effect）是指在一个动力系统 中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大 的连锁反应。这是一种混沌现象。
2.1 概述
不可见波理论(Invisible waves)，车队出现时走时停现象 (Stop and go traffic)。
2.1 概述
公共地悲剧(Tragedy of the commons）是一种涉及个人 利益与公共利益（Common good）对资源分配有所冲突 的社会陷阱（Social trap）。