交通系统工程课件

2.3 交通流的概率论研究 假定:道路上行驶的车辆相互独立，车辆分布是随机的，车辆行驶看成一种 概率过程。 2.3.1 泊松分布（possion′distribution）
m k m pk e k!
(2.1)
• • •
m－单位时间间隔的平均到达率（辆/s,人/s) k~ 正整数 0,1,2…… P - 在t时间内到达k辆车或者k个人的概率。 k
适用条件：车流密度不大，外接干扰因素少。
2
交通流理论
2.3.2 二项式分布：拥挤交通时,车辆到达的分布
P( x) Cxn p x (1 p)nx
–x=0,1,2……n 1辆车到达的概率 –p n个中一次取x的组合数 –Cxn

n Cx
(2.2)
n! x!(n x)!
(2.3)
2.3.3 车辆到达间隔分布(负指数分布):类似于排队论中顾客到达与到达间 隔,服务时间分布. t
灵敏度1/T
(2.9)
2
2.4.2
..
交通流理论
认为灵敏度车头间距成反比．
. .
非线性跟弛模型
x n1 (t T ) { 0 /[ xn (t ) xn1 (t )]}[x n (t ) x n1 (t )]
同的道路，不同的值。 T:(1.0~2.2秒） 2.4.3 一般形式
3）交通流理论研究的问题 • 交通流特性(traffic Stream Characteristics) • 交通流中人的因素(Human Factors) • 车辆跟驰模型 • 连续流模型(Continuous Flow Models)
2
交通流理论
• 宏观交通流模型(Macroscopic Flow Models)
n+1
d2=[Vn+1(t+T)]² /2an+1(t+T) d3=[Vn(t)]2/2an(t)
T时间内行
Xn(t)
后的位置
d3 n+1 d1
n+1车停车 所需时间
n车停车所需距离 n车停车所需时间
an,an+1加（减）速度
驶的距离
n+1 L
n
d2
2
交通流理论
要求紧急刹车而不发生碰撞： s(t)=d1+d2+L-d3 ∵V(t)=x，(t) a(t)=x，，(t) ∴s(t)=Txn+1，(t)+[x，²n+1(t+T)]/[2 xn+1，，( t+T)] +L -[x，，² (t)]/ [2 x，，n(t)]
2
2.1 概述
交通流理论
1）经典交通流理论：把交通流作为流体（物理流）的类似，用相似论的方法 套用流体力学模型大致分为三种方法： • 概率论方法 • 流体力学方法 • 动力学方法 2）交通流模型 • 相应的经典模型有：概率 统计模型（Probability Statistic Model) ， 排队论模(Queuing Theory Model)型，跟驰模型(Car Following Model)， 流体模拟模型(Fluid Simulation Model)。 • 新型模型有元胞自动机模型(Cellular Automata Model)，时变理论模型等。
2
2.2.4
2
2.3.6 选择分布建议
交通流理论
方差/均值
情况
分布
》1 =1 《1
均值中变量周 负指数分布 期性波动 基本随机 拥挤车流 泊松 二项式分布
2
交通流理论
2.4车辆跟驰模型的研究(交通动力学理论) 2.4.1 简单的跟弛模型
与前不同之处： 考虑司机的操作反应. 对前车运行状态的反应,研究单个车道交通 流特性.
1.1.2 交通工程学的一些重要概念
2) 车速 规划用: speed [v] 地点车速(观察点、瞬时) spot speed 行驶车速(running speed)(不包括停车时间) 区间车速(overall speed)(包括停车时间) 群体、综合性统计数据
运行车速(operating speed) 实际情况下的个体行为结果 管理用控制 临界车速(optimum speed, critical speed) 设计车速(design speed) 修路用 3) 车头时距 T 安全值T≥2秒 • 车头间距 L
1) 原理 t时刻产生了“刺激”,延迟了T时间产生“反应”—反应时间T.假 设：反应与＂刺激＂的大小成比例地加速或减速，（跟驰）． 反应（t+T）＝灵敏度＊刺激（t） t时刻相对位置 2) 模型 n车开始减速 n+1 n s(t)=xn(t)-xn+1(t) S(t) n车开始停车 d1=T*Vn+1(t) X (t)
–
T1—畅行平均车头时距 —受限制车俩的曲线位移(即最小车头时距)
受限制流量占总流量的比例
T2—受限制平均车头时距
P 16秒 8秒 4秒 2秒
实际调查数据→找出统计规律→绘制诺模图 0.6 2.3.5 车速的分布模型 0.4 正态分布 对数正态分布 0.2 我国不符合,无统计规律
•
1秒
Q辆wenku.baidu.com时
km Kf
基础、宏观研究
Q Q 辆/小时
Qm
Vf 千米/小时
V=Q/K
K
Kf
辆/千米
1.1.4 交通流数据采集技术 1.1.4 交通流数据采集技术 一、 交通流量采集技术 1） 非自动采集 • 人工采集法 • 试验车移动调查法 • 摄影法 2） 自动采集 • 环形线圈检测器 • 超声波检测器 • 磁性检测器 • 红外线检测器 • 微波检测器 • 视频（图象处理）检测器
Traffic Engineering 道路交通工程(日本) 交通工程? 道路 工程 汽车工程 道路环保工程 Transportation Engineering
1.1.1 有关交通的若干根本概念 – Transportation (交通运输) 铁.公 水.空.管 – 大交通与小交通(通俗) 小(研究区域内) 大(研究区域与外部) – 公共交通与个体交通 Public Transport (Mass Transit) Individual(Trip Travel) Private Car Use
算出的通行能力。 (理想.理论)
–可能通行能力 (possible capacity) (可实现的)考虑道路”服务 水平”的最大通行能力有的把它称为capacity –实际通行能力 (real capacity) 考虑到具体交通环境,各种干扰 后的通行能力 –设计通行能力(design capacity) 按照小于可能通行能力(最 大通行能力)的某一标准值来设计,考虑服务等级.
影响实际通行能力
– 控制、管理因素
1.1.2 交通工程学的一些重要概念
5) 服务等级 “服务等级”与下列因素有关: • 行车速度、通行时间; • 行动的能力; • 交通中断与受阻; • 安全性; • 行车舒适性、通畅性; • 经济性. 道路标准分成A.B.C.D.E.F6个等级
V
A C
B
D E
F
1.0 交通量/通行能力
Bc Pc Rc Dc
1.1.2 交通工程学的一些重要概念
• 影响通行能力的因素:
– 道路因素: 车道宽; 路面状况; 沿途条件; 路肩宽; 侧向余宽; 坡度、 线形; 车道分布。。。。
– 交通因素: • 车辆构成:大型车、自行车 ……
• 交通量及其时间空间分布
– 天气因素
影响实际通行能力天气因素
P(h t ) e
T
(2.4)
P(h<t)
或 P(k<t)=1-e-t/T， T=3600/Q 小时交通量 改进的车头时距分布：位移指数分布（车头时距太小 P(h<t) 的车很少或者没有）
t
t
2
2.3. 4复合车头时距分布
交通流理论
t t P(h t ) (1 )[1 exp( )] [1 exp( )] T1 T2 • 多车道：一条畅行，另一条受限制 (2.5)
2.2 交通流特性(traffic flow characteristics)
2.2.1 交通设施种类 1）断续流设施：城市道路 2）连续流设施：高速公路，一般认为3.2KM是产生连续流的前提条 件。 2.2.2 连续流特征 （前面第一章） 2.2.3 断续流的特征（在交通控制这介绍）
2
交通流理论
相对概念
1.1
交通工程的一些重要概念
– 交通系统(交通运输系统)
Transportation Systems Transportation ~Communication
• 注意:中英文内涵之间差别 方式、系统 与”人.物在空间上移动”有关的工具、设施、
1.1.2 交通工程学的一些重要概念 1) 交通量 Traffic Volume [Q] 时、天、(控制周期)、月、 年、周 、高峰时段在考察处的车流量。车：各种交通工具，可能 分别统计，常常折合成小汽车流量 • 最大小时交通量(Maximum hourly traffic volume) • 平均日交通量(average daily traffic volume) • 交通量的时间分布与交通量的空间分布 • 交通密度 traffic density [K](考察一段空间分布) • 交通流 traffic flow
– L=1000 V/N
• v：速度； • N：通行能力
L
1.1.2 交通工程学的一些重要概念
或 T=3600/N(通行能力) 4) 通行能力(道路)(capacity) [C] 车辆数╱小时 – 基础通行能力（basic capacity） 即基本通力，假定只由相同性能、相
同技术数据的小汽车组成理想交通流行驶在该道路上,保持安全车头时距,
(2.6)
若假定d2=d3, 即:两个车停下来所行驶的距离和速度相等（同种性能 的车） 则： s(t)=xn(t)-xn+1(t+T)=Txn+1，(t+T)+L
(2.7) (2.8)
对t微分: x，n(t)- x，n+1(t)=T x，，n+1(t+T) 即: (t+T)反应 刺激 x，，( t+T)=[x，n(t)- x，n+1(t)]/T
1.1.4 交通流数据采集技术 二、行程时间采集技术 1）测试车法
2）牌照法 3）GPS(全球定位系统)定位法 车载GPS设备以每2秒的采样间隔记录日期、时间、车辆位置和 速度，将数据传到计算机，与地理信息系统匹配，分析计算出 行程时间。 4）beacon（信标）定位法 每个一定距离（50-200米）道路边上设置beacon（信标）， beacon（信标）具有信息存储、信息发射和接收功能，与车辆 上的车载设备通讯，同时与交通信息中心的计算机外设无线通 讯。每个信标的位置一定，可以及时得到车辆的位置信息。 5）车辆自动识别法 车窗上贴有电子标签，标签上有微型无线电发射器，发出车辆 自身的特征信息码路侧的天线和识别器把车辆的特征信息发送 到中心处理分析得到行程时间。
• 交通影响模型(Traffic Impact Models) • 无信号交叉口交通流理论(Unsignalized Intersection Theory) • 信号交叉口交通流理论(The Theory of Traffic Flow at Signalized Intersection) • 交通仿真(Traffic Simulation) • 交通分配(Traffic Assignment)
课程编号：S209C084
交通系统工程
• • • • • 目的 讲法:从系统角度讲,讲规律性 取材 ―管理‖―工程‖ 内容简介 1. 交通工程概论 2. 交通流理论 3. 交通系统分析 4. 交通规划概论 5. 交通需求分析 6. 交通供给分析 7. 交通仿真技术
1
1.1
交通工程概论
交通工程的一些重要概念
(2.10)
0 ：单位：距离/时间，（15~30英里/小时），从试验求出。不
x (t T ) (2.11) x n (t T ) 0 [ x n (t ) x n 1 (t )] [ xn (t ) xn 1 (t )]l
.. m n 1 . .
.
. .
• 常数l,m 根据研究道路实测数据拟合得到.
1.1.3交通参数的基本关系
1.1.3 交通参数的基本关系
V Vmax
Q,V,K
Q
m~n:正常状态 n~l:不稳定
Q
(Qmax,V0) l~p：自由流
n
拥塞时Kmax K
o
l
V
V=a-bK
Q
k0 Q=ak-bk2
K
m
p
Q=V(Vmax-V)/b 或Qmax-Q=(V0-V)2/b
V
tg Qm / Km