第3章 交通流模型
智能交通系统中的交通流理论与模型研究
智能交通系统中的交通流理论与模型研究第一章：绪论智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是一种应用信息和通信技术的交通管理系统，旨在提高交通效率、缓解交通拥堵、减少事故风险和改善交通环境。
交通流理论与模型的研究是智能交通系统中的重要组成部分，对于合理规划和管理交通系统至关重要。
第二章：交通流理论2.1 交通流特性交通流是交通行为的统计特征，通过对交通流进行特性分析可以了解交通系统的基本运行规律。
包括车流量、速度、密度、延误、饱和度等指标。
2.2 交通流模型交通流模型用于描述交通流的演化过程，是研究交通流理论的基础工具。
根据交通流模型的不同，可以分为宏观模型、微观模型和混合模型等。
2.3 交通流稳定性与不稳定性交通流稳定性与不稳定性是研究交通流理论的关键问题。
交通流稳定性是指交通流在一定约束条件下的演化趋势，而不稳定性则是指交通流在达到饱和状态时出现的拥堵和事故等现象。
第三章：交通流模型研究3.1 宏观模型宏观模型是研究交通流整体性的模型，常用的宏观模型包括流量密度关系模型、基于饱和流率的模型等。
3.2 微观模型微观模型是研究交通流个体行为的模型，一般采用车辆间的微观运动学关系来描述交通流的行为特性，常用的微观模型包括单车模型、车辆跟踪模型等。
3.3 混合模型混合模型是将宏观模型和微观模型结合起来，更全面地研究交通流的特性。
宏观模型可以提供整体性的交通流特性，而微观模型可以更精细地分析车辆间的相互作用和交通流的行为。
第四章：智能交通系统中的交通流模型应用4.1 交通拥堵预测与控制通过建立准确的交通流模型，可以预测城市交通拥堵情况并采取相应的交通控制措施，例如动态调整信号配时、限制交通流量等。
4.2 交通事故分析与预防交通流模型可以用于分析交通事故的发生概率和原因。
通过建立相应的模型，可以预测交通事故风险，并及时采取措施降低事故概率，例如设置交通警示牌、提供交通信息等。
交通流动力学模型
max,2
(a)
max,2
(b)
max,2(2010)
2
2
max,1
2010
= > <
max,2(2010)
1
max,1
1
max,2
(c)
overtaking from right allowed
2
2,c
density inversion
1
max,1
交通流动力学理论
目录
• • • • • • • • • • • • 概述 交通流的基本概念 宏观交通流 混合交通流的宏观模型 跟车模型 两车道跟车模型 换道分析 超车模型 主要结论 存在的问题 发展趋势 研究心得
一、概述
• 研究内容 • 研究历史 • 现代交通流研究的分类 • 相关知识结构
研究内容（一）
将上述两式相加和相减，分别可得 ˆ ˆ
c 0 t x ˆ ˆ (1 ) ˆ) ( ˆ c (1 )a t x 其中 ˆ 1 ˆ 1 2 ， 2 。
Laval-Daganzo模型(Transp. Res. B 40, 251(2006))
二、交通流的基本参数
• 流量：
• 速度：时间平均速度和空间平均速度 • 密度： • 车头间距和车头时距： • 占有率：空间占有率和时间占有率
车头时距统计分布模型
• • • • • • • 负指数分布 移位负指数分布 Erlang分布 移位Erlang分布 Gamma分布 对数正态分布 M3分布和其他组合型分布
多车道高阶模型
• 两车道交通流动力学模型
两车道跟车示意图
模型与计算格式
从一个区域转移到另一个区域，将会出现相变
交通流理论及其应用
交通流理论及其应用第一章交通流理论概述交通流理论研究的是交通系统中的车辆运动、交通管制、道路设施、交通信息和旅行者的行为等方面的问题。
交通流理论在道路规划、公路建设和交通管理等领域有着非常广泛的应用。
交通流理论的一个重要假设是，车辆在道路上的移动速度不仅受到道路设计的限制，还受到其他车辆的影响。
因此，在交通流理论中，车辆被看作是一个组成整体的流体，而不是独立的个体。
第二章交通流模型交通流模型是交通流理论的核心部分。
交通流模型通过建立数学方程，来描述交通系统中的车辆运动和相关因素。
常用的交通流模型有三种：宏观模型、微观模型和混合模型。
宏观模型是指从整体上研究交通流的模型，宏观模型的主要参数是车流量、速度和密度。
宏观模型常用的方法包括现场观测、测量和统计分析。
微观模型是指从个体车辆的行为入手研究交通流的模型，微观模型的主要参数是车辆的位置、速度和加速度。
微观模型常用的方法是仿真模拟和建立基于车辆运动方程的数学模型。
混合模型是宏观模型和微观模型的结合，既考虑了交通流的整体特征，又考虑了车辆个体行为的影响。
混合模型综合了宏观模型和微观模型的优点，是目前研究交通流的主要方法之一。
第三章交通流参数交通流参数是交通流模型中的重要参数，主要包括车流量、速度和密度。
车流量是单位时间内通过某一道路断面的车辆数量，常用的单位是辆/小时。
车流量是衡量交通流量大小的主要指标，它直接影响道路的通行能力和交通拥堵的程度。
速度是车辆在单位时间内通过某一道路断面的平均速度，常用的单位是公里/小时。
速度是衡量交通流运行状况的主要指标，它受到道路状况、车辆性能和交通运行管理等因素的影响。
密度是单位时间内通过某一道路断面的车辆数量和车辆行驶长度之比，常用的单位是辆/公里。
密度是衡量交通流集聚程度的主要指标，它与车速和车流量有着密切的关系。
第四章交通流控制交通流控制是交通流理论的一项重要应用，包括交通信号灯、路口红绿灯、限速标志和车道指示标志等。
交通流模型的五个基本要素
交通流模型的五个基本要素摘要：一、交通流模型简介二、交通流模型的五个基本要素1.交通流量的定义与测量2.交通流量的分配3.交通流的速度与密度4.交通流的空间分布5.交通流的随机性三、交通流模型的应用与发展正文：交通流模型是研究和分析交通现象的重要工具，它能够帮助我们了解交通流的产生、分布和变化规律。
在交通规划、管理和设计中，交通流模型被广泛应用。
本文将介绍交通流模型的五个基本要素。
一、交通流模型简介交通流模型是对交通流进行描述、分析和预测的一种数学模型。
它主要通过建立交通流的产生、分布和变化规律与相关因素之间的数学关系，来反映交通现象的本质特征。
交通流模型可以分为宏观模型、中观模型和微观模型三类，分别对应不同的研究层次和范围。
二、交通流模型的五个基本要素1.交通流量的定义与测量交通流量是指单位时间内通过某一截面的车辆数或行人数。
通常用q表示交通流量，单位可以是辆/小时、辆/分钟、人/小时等。
交通流量的测量方法有多种，如直接观测法、车速仪法、视频检测法等。
2.交通流量的分配交通流量的分配是指将交通流量合理地分配到不同的道路上，以达到优化交通流的目的。
通常需要考虑道路的等级、功能、地形、交通需求等因素。
交通流量的分配可以通过宏观模型（如交通分配模型）和微观模型（如路径选择模型）来实现。
3.交通流的速度与密度交通流的速度和密度是反映交通流状态的重要指标。
速度是指车辆在单位时间内行驶的距离，通常用v表示，单位可以是米/秒、千米/小时等；密度是指单位面积内通过的车辆数，通常用ρ表示，单位可以是辆/平方千米、辆/平方米等。
交通流的速度和密度受多种因素影响，如道路条件、交通流量、驾驶行为等。
4.交通流的空间分布交通流的空间分布是指交通流在不同区域、不同道路上的分布情况。
空间分布受多种因素影响，如城市规划、土地利用、交通需求等。
对交通流的空间分布进行研究，有助于优化交通资源配置，提高交通系统的整体效率。
5.交通流的随机性交通流的随机性是指交通流在时间和空间上的波动和不规律性。
元胞自动机交通流模型.课件
模拟结果中流量与密度关系的曲线可以用来指导城市交通规划。在规划道路时，应考虑车辆密度对交通 流量的影响，合理设置道路宽度和车道数量。
模拟结果的比较与评价
不同模型之间的比较
我们将元胞自动机交通流模型的结果与其他经典交通流模型进行了比较。通过比较发现 ，元胞自动机模型能够更好地模拟实际交通情况，特别是在复杂路况和多车道情况下的
物流配送
利用元胞自动机模型模拟物流配 送过程中的车辆行驶和货物运输 ，优化配送路线和策略。
公共安全
元胞自动机模型可用于模拟人群 流动和应急疏散，为公共安全事 件提供决策支持。
环境影响评估
通过模拟污染物在环境中的扩散 和迁移，元胞自动机模型有助于 评估环境影响和制定环境保护措 施。
元胞自动机交通流模型的未来研究方向
元胞自动机的应用领域
交通流模拟
元胞自动机可以模拟和分析交通流的 行为和特性，如拥堵现象、车速分布 等。
城市规划
元胞自动机可以用于模拟城市的发展 和演化，预测城市扩张和人口分布等 。
生态学
元胞自动机可以用于模拟生态系统的 行为和演化，如物种竞争、群落演替 等。
社会学
元胞自动机可以用于模拟和分析社会 现象，如人口迁移、群体行为等。
表现更优。
模型的优缺点分析
元胞自动机交通流模型具有简单、易实现和可扩展性强的优点，但也存在计算量大、模 拟结果受参数设置影响较大的缺点。在实际应用中，需要根据具体需求和条件选择合适
的模型。
05
CHAPTER
元胞自动机交通流模型的应 用前景与展望
元胞自动机交通流模型在交通规划与管理中的应用前景
交通流模拟
阻塞波传播
在模拟中，我们观察到了阻塞波 在道路上的传播现象。当一辆慢 车出现时，后面的车辆会逐渐减 速并形成阻塞波，导致交通拥堵
第三章 交通流基本参数调查第一节交通流调查的意义和内容交
第三章 交通流基本参数调查 第一节交通流调查的意义和内容
交通流调查的内容：交通量调查、速度调查、密度调查、交通延 误调查和特殊调查（OD调查） 交通量调查是调查道路各点交通量在时间上分布的特点以各路段 交通量在空间分布上的特点，包括车辆组成的成分和数量、流量 和流向。 速度调查主要是车速调查。 OD调查：出行起始点调查，出行何始何终，用什么方式及转乘情 况。 1.调查的作用(六个方面) 1）确定道路设施的规模 2）确定交通控制的方式 3）道路管理的依据 4）预测交通量发展的趋势 5）运输经济分析 6）评价道路安全程度
预测的交通量，主要由下列三部分组成：正常增长的交通量、 转移交通量和新增交通量。 1 .按正常增长的交通量预测 资料较完整、论据较充足。 （1）根据历年交通量观测资料并结合地区发展规划预测。 历年交通量观测资料比较完整的老路改建项目。10～15年较准。 （2）根据影响交通量增长的有关因素预测。 2.转移交通量预测 3.新增交通量预测
2 x
例3-4
（五）常用方法:交通量增长率法 1.交通量增长率法
Nt N0 (1 a)
t
例3-5 2.工业产值与货运量增长率法－－幂函数模型 3.人口、汽车保有量增长率法－－罗吉斯蒂曲线
第三节速度调查 一、地点车速的测定（瞬间速度） 1.人工测量法(反射镜观测法)---最常用 测定车辆通过已知短距离(一般取60米以下,记录时间大于1.5秒) 的速度。 2.雷达测仪速仪 3.连续摄影法 4.光电测量法 二、行驶车速与行程车速的观测 1.行驶车速与行程车速的区别 行驶过程中是否有停车时间，这个停车时间表示了道路上的延 误及车辆本身的技术状况。 （1）交叉口发出停车信号 （2）交通量接近于或等于通行能力，交通发生阻塞。 观测方法：记录号基本原理 1 .直线模型
交通工程中的交通流模型
交通工程中的交通流模型随着城市化进程的加速，人们的出行需求也越来越强烈。
交通工程作为一门综合性学科，旨在为城市交通提供科学的规划和管理。
而交通流模型是交通工程中非常重要的研究领域，掌握了交通流模型，可以更准确地预测道路拥堵状况，制定科学的交通规划，提高城市的通行效率。
一、什么是交通流模型？交通流模型是指对交通环境中各种因素的分析和模拟，以便更好地了解流量、流速、密度、通行状况等交通行为和地段的各种规律。
主要包括宏观模型和微观模型。
宏观模型是基于系列统计数据，采用概率分析和流量预测的方法，根据交通环境的总体特征，对交通流动规律、特征参数等进行研究和分析。
微观模型是基于道路拓扑结构和行车规则，通过对单车辆运动状态的模拟，描述交通环境中车辆的一系列动作和行为，并探究其因素、变化和效果等方面的规律。
二、交通流模型的应用交通流模型的应用十分广泛。
应用交通流模型，可以确认拥挤路段及其所引起的拥堵原因，预测交通环境中的流量、速度、密度和通行能力，评估道路改善项目等。
在城市交通规划和设计中，交通流模型是一种非常有效的工具，可协助规划者制定科学的规划和解决实际问题。
三、常用交通流模型常用的交通流模型主要包括饱和流模型、排队模型、微观交通流模型等。
1.饱和流模型饱和流模型是交通流模型中常用的一种，它是即时流量和容量的比值。
在道路饱和时，路段上的车辆数已经超过了它所能承载的容量，此时路段的通行能力和效率就会降低。
因此，在交通规划中，饱和流模型可以用来了解道路瓶颈、道路吞吐量和等待时间等因素。
2.排队模型排队模型通常用于衡量交通拥堵状况，这类模型假设车辆以一定的速度前行，当前方存在车辆时，车辆必须改变速度或停下，引发拥堵。
排队模型可以表达车辆之间相互作用关系，以及车辆的移动效率等。
3.微观交通流模型微观交通流模型主要研究单个车辆行驶的动态特性，包括车辆行驶速度、车道变换、加速和减速规律、路线选择等行为。
与宏观模型不同，微观模型更进一步地分析交通流，能够更准确地反映实际交通状况。
第3章交通流特性
dQ dK
=0
，则有：
∴
Kj 2K = Vf (1)=0 K m = dK Kj 2 2 K j Kj K jVf 2 Q m =Vf [ ]= 2 Kj 4 dQ
Vf Vf K j Vf K Vm = Vf = 另外，由于 V=Vf Kj Kj 2 2
由坐标原点到Q～K曲线上某一点之间联线的斜率，表示该点 （实质为某一交通运行状态）所对应的车速，原点处的斜率即为 畅行速度Vf。
• 用O计算D的实例（P145/129）：
– Consider a case in which a detector records an occupancy of 0.200 for a 15-minute analysis period. If the average length of a vehicle is 28 ft, and the detector is 3 ft long, what is the density?
– 占有率分为时间占有率（Ot）与空间占有率（ Os） – Ot＝车辆检测器的占用时间/总观测时间 – 检测器的占用时间是车辆的前保险杠激活检测 器的上游边界开始，直到车辆的后保险杠离开 检测器的下游的边界为止 – 在检测器接通期间，车辆驶过的距离为： Lv+Ld，这一距离被认为是车辆的有效长度。 – Os=N（Lv+Ld）/L=D(Lv+Ld)/5280，其中N为 检测时间内通过车辆数，D为交通流密度，单 位vel/mi。 – 如果认为时间占有率等于空间占有率，即可推 出式（5－7）
3.2.3 密度与占有率
• 密度：
– 定义：单位长度道路或车道上，某一瞬间所存 在的车辆数 – 用D表示，单位是veh/mi或 veh/mi/ln ( veh/km 或 veh/km/ln ) – 密度是在一段道路上测得的瞬时值 – 不容易直接测量，经常用速度和交通量来间接 计算 –但密度是三个参数中最重要的一个，因为它可 以最直接地反映交通需求
交通流模型及其应用研究
交通流模型及其应用研究交通是现代社会的重要组成部分，它关系到人们的出行、货物的运输以及城市的发展。
而交通流模型作为研究交通现象和规律的重要工具，对于优化交通管理、提高交通效率、保障交通安全具有重要意义。
交通流模型的类型多种多样，每种模型都有其特点和适用范围。
其中，宏观交通流模型主要从整体上描述交通流的特性，例如流量、速度和密度之间的关系。
常见的宏观模型有 LighthillWhithamRichards （LWR）模型，它基于流体动力学的原理，将交通流类比为流体的流动。
这种模型对于研究大规模交通网络的整体性能较为有效，能够帮助交通规划者了解整个区域的交通流量分布和变化趋势。
微观交通流模型则更加关注单个车辆的行为和相互作用。
比如，元胞自动机模型将道路划分为一个个小单元格，车辆在单元格中根据特定的规则移动。
这种模型能够较为直观地模拟车辆的加减速、换道等行为，对于分析局部交通现象，如路口的交通冲突、拥堵的形成和消散等具有很大的帮助。
还有一种中观交通流模型，它介于宏观和微观之间，既能反映交通流的总体特征，又能一定程度上考虑车辆的个体差异。
交通流模型在实际应用中发挥着重要作用。
在交通规划方面，通过建立交通流模型，可以预测未来交通需求的增长趋势，从而合理规划道路网络的布局和建设。
例如，在新城区的开发中，可以利用模型评估不同道路设计方案下的交通运行状况，选择最优的方案，以避免出现交通拥堵等问题。
在交通管理中，交通流模型可以为信号灯控制提供依据。
根据实时的交通流量和速度数据，结合模型的预测结果，动态调整信号灯的时长，优化路口的通行能力，减少车辆的等待时间和排队长度。
在智能交通系统（ITS）中，交通流模型也是不可或缺的一部分。
例如，在交通诱导系统中，模型可以预测不同路径上的交通状况，为出行者提供最优的出行路线建议，从而实现交通流在道路网络中的合理分配。
此外，交通流模型对于交通安全的研究也具有重要意义。
通过分析交通流的变化规律，可以识别出容易发生事故的路段和时段，从而采取相应的措施，如增设警示标志、加强巡逻等，降低事故发生的概率。
交通流的建模与仿真研究
交通流的建模与仿真研究第一章交通流建模交通流建模是交通学研究的基础，通过建立交通流的数学模型，可以更好地研究交通流的运动规律以及道路网络的拥堵情况。
目前常用的交通流建模方法主要有两种：微观模型和宏观模型。
1. 微观模型微观模型通常采用车辆为研究对象，将道路上的车辆视为一个个个体，考虑它们之间的相互作用以及各种限制条件下的运动规律。
微观模型可分为单车模型和多车模型，其中单车模型通常采用常微分方程进行建模，而多车模型常采用离散事件仿真技术进行求解。
2. 宏观模型宏观模型则将道路视为一个系统，通过对整个道路的交通流进行统计分析得出道路网络的交通状况。
常用的宏观模型包括LWR模型、GS模型以及CTM模型等。
其中，LWR模型采用偏微分方程描述交通流的演化，GS模型则将浓度-流速曲线作为模型的基础，CTM模型则是通过对交通流进行分段，进行连续的数学描述。
第二章交通流仿真技术交通流仿真技术是研究交通流行为和路网拥堵情况的重要手段，是对交通流建模的一种实践应用。
现有的交通流仿真技术包括离散事件仿真技术、连续仿真技术以及混合仿真技术。
1. 离散事件仿真技术离散事件仿真技术是一种基于事件的仿真技术，仿真过程中不断触发事件，通过实时修改模型的状态进行仿真。
离散事件仿真技术具有高精度的特点，能够准确模拟各种交通流场景，是现在广泛使用的仿真技术之一。
2. 连续仿真技术连续仿真技术将道路分段，建立数学模型来描述每一段道路上的交通流行为。
这种仿真技术通常使用微分方程或代数方程作为基础，仿真速度较快，但是相对于离散事件仿真技术，其仿真精度略低。
3. 混合仿真技术混合仿真技术结合离散事件和连续仿真技术的优点，通过将道路段和拓扑结构等进行细致的划分，在仿真过程中采用不同的仿真技术进行仿真模拟，从而提高仿真结果的准确性和仿真速度。
第三章交通流仿真软件目前的交通流仿真软件主要分为两类：商业软件和开源软件。
不同的交通仿真软件注重的问题和功能不同，通常被广泛应用于城市规划、交通管理以及交通流行为研究等领域。
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
交通流模型的基本要素
交通流模型的基本要素
交通流模型是研究交通运输系统中车辆流动和交通流量变化的数学模型。
它通过对交通流的建模和仿真，帮助分析和预测交通状况、优化交通运输系统。
交通流模型的基本要素包括：
1. 车辆流量（Flow）：车辆流量是指在单位时间内通过某一道路或交通网络的车辆数量，通常以车辆数/小时或车辆数/天来表示。
2. 车速（Speed）：车速是指车辆在运行过程中的平均速度，通常以公里/小时或米/秒来表示。
3. 密度（Density）：交通流密度是指在单位长度或单位面积上的车辆数量，通常以车辆数/公里或车辆数/平方公里来表示。
4. 时空图（Space-time diagram）：时空图是将交通流的时空变化以图形形式表示出来的工具，横坐标表示空间位置，纵坐标表示时间。
5. 堵车延误（Traffic congestion）：堵车延误是指由于交通拥堵而导致车辆行驶速度降低和旅行时间增加的现象。
6. 交通流稳定性（Traffic flow stability）：交通流稳定性是指交通流在一段时间内保持相对稳定的状态，车辆之间保持适当的间距，避免发生拥堵或车辆流动不畅的情况。
这些基本要素通过交通流模型进行描绘和计算，可以帮助交通规划者和交通管理者更好地理解和预测交通状况，制定有效的交通措施和策略。
道路交通网络中的交通流模型
道路交通网络中的交通流模型随着城市化进程的加快，道路交通拥堵问题日益突出。
为了更好地解决道路交通问题，需要深入研究道路交通网络中的交通流模型。
一、交通流理论交通流理论是描述道路交通运算过程的一门学科，主要研究交通流的特征、交通拥堵的原因以及拥堵时的交通流规律等。
交通流的特征主要包括流量、密度、速度、加速度等，交通拥堵的原因主要是路网系统的瓶颈，以及车辆之间的相互影响。
拥堵时的交通流规律包括瓶颈效应、排队理论等。
二、交通模型交通模型是指用数学方法描述道路交通运输系统的一种技术手段。
通过建立交通模型，可以更加准确地预测交通状况，为交通规划和交通管理提供有效的决策依据。
目前，常见的交通模型主要包括微观模型和宏观模型两种。
1.微观模型微观模型是指运用微观经济学理论和方法来描述道路交通运输系统的模型。
微观模型主要研究各种交通网络和交通运输行为中的细节问题，如车辆的起点和终点、车辆的行驶路线、车辆的速度等。
2.宏观模型宏观模型是指运用宏观经济学理论和方法来描述道路交通运输系统的模型。
宏观模型主要研究交通流的总体特征，如交通流量、速度、密度等。
三、交通流模型交通流模型是指描述道路交通流动情况的一种数学模型。
交通流模型可以帮助我们更加深入地了解交通流的规律，以及不同交通状况下的交通流变化情况。
目前，常见的交通流模型包括线性模型、广义线性模型、非参数模型、卡尔曼滤波模型等。
1.线性模型线性模型是指将交通流的属性表示为线性的关系式，通常采用回归分析来进行建模。
线性模型适用于交通流量较小、交通状况相对稳定的情况。
2.广义线性模型广义线性模型是指将交通流的属性表示为非线性的关系式，通常采用广义回归分析来进行建模。
广义线性模型适用于交通流量较大、交通状况较为复杂的情况。
3.非参数模型非参数模型是指对于交通流的特征没有先验假设，采用一种无需先验假设的方法进行建模。
非参数模型适用于交通流特征非常复杂、交通状况无规律的情况。
4.卡尔曼滤波模型卡尔曼滤波模型是指采用卡尔曼滤波算法对交通流进行建模，以估算未知变量的值。
交通流模型的分析与仿真
交通流模型的分析与仿真随着社会的发展和经济的繁荣，交通的日益繁忙已成为人们很难避免的现实。
交通流模型作为交通运输领域研究的重要内容之一，其在交通规划、交通安全、交通管理等方面都有着重要的应用价值。
这篇文章将深入探讨交通流模型的分析与仿真。
一、什么是交通流模型？交通流模型是描述道路系统中车辆运动和交通状况的数学模型。
它通常采用微观和宏观两种模型来描述交通流的运动与演变。
1.微观模型微观模型着重描述单个车辆在道路系统中的运动、交通决策等细节，主要采用基于车辆间距的模型来描述交通流的动态行为。
这种模型适用于短时间内交通流的状态变化，如单个路口的交通状况、车辆刹车、加速等细节。
2.宏观模型宏观模型则更加侧重于整个交通流系统的宏观状况，通常采用基于流量与速度的模型来进行描述。
宏观模型适用于长时间内交通流的状态变化，如高速公路的流量计算、交通瓶颈分析等。
二、交通流模型的应用1.交通规划交通流模型可以为城市交通规划提供科学、合理的建议。
目前，许多城市交通规划基于交通流模型进行建模和仿真，从而为城市交通建设和调整提供依据。
通过对交通流的模拟，交通决策者可以得到系统性的交通状况分析，为合理的路网设计、停车场建设、公共交通线路优化等提供技术支持。
2.交通安全交通安全是一个广泛的问题，而车辆数量、交通密度和车速等因素是导致交通事故发生的关键。
交通流模型可以通过模拟交通状况，预测仿真下的交通事故发生概率，进而为交通安全问题提供改善的建议。
例如，通过交通流模拟预测某个路段的拥堵情况，及时的采取措施可以避免交通拥堵导致的交通安全隐患。
3.交通管理交通管理是对城市道路系统管理的重要组成部分，而交通流模型可以为城市交通管理提供参考。
在大城市的交通管理中，交通流模型通常应用于城市智能交通系统中，通过模拟城市交通状况，以掌握整个城市的交通动态变化，从而可以对交通瓶颈、拥堵路段及时的进行调整，实现城市交通状况的合理化、智能化管理。
三、交通流模型的发展趋势交通流模型的发展是一个动态的过程，随着交通需求以及科技的不断发展，未来交通流模型发展趋势有以下几点：1.基于大数据的模拟随着智能化交通技术的不断推广和应用，交通监测系统所获取的数据会越来越庞大，如何对这些数据进行分析并进行有效模拟，是交通流模型未来发展的一个热点问题。
交通流模型的建立和实践研究
交通流模型的建立和实践研究近年来，交通流问题已经成为城市化进程中一个不可忽视的难点。
为了应对日益增长的车辆数量和拥堵状况，交通行业已经开始依靠计算机技术来解决这些问题。
交通流模型就是计算机技术在交通领域的应用之一。
本文将探讨交通流模型的建立和实践研究。
一、交通流模型的基础理论1. 车辆追踪模型车辆追踪模型是一种非常基础的交通流模型。
它是通过跟踪车辆在道路上的位置和速度来判断交通拥堵情况的。
在这个模型中，预测和仿真交通流状况采用的是微观模型，目的是对交通流作出精细的预测。
2. 宏观模型宏观模型则是另一个基础的交通流模型。
它是基于大量的统计数据和实验研究，对交通流的运行特点进行概括和描述的。
这个模型假设缓行和拥堵的概率是一个概率分布，且在不同的径流和停滞时间中发生的概率是不同的。
二、交通流模型的实践研究1. 传统交通流模型的研究在传统交通流模型中，交通流量是被认为是固定不变的。
但是在现实生活中，交通流量是动态变化的。
因此，传统的交通流模型在实际应用中的效果并不理想。
2. 基于智慧交通的交通流模型为了应对传统交通流模型中的缺陷，现代交通行业开始使用智慧交通技术来建立交通流模型。
智慧交通技术可以获得实时的交通数据和路况信息，可以实现动态的交通流预测和调度。
这种技术可以更好地满足城市交通管理的需求，也可以提升城市的通行能力。
三、交通流模型的应用1. 快速公路管理交通流模型可以用来优化高速公路的行驶时间。
通过分析高速公路上的交通状况和人车流量，可以决定怎么最好地停车，以达到最佳的通行效果。
2. 城市交通规划交通流模型可以用于城市交通规划，通过运用现代的交通技术来分析和优化城市交通流量，提高城市交通效率和运行安全。
交通模型可以帮助城市规划者做出更好的决策，使交通系统更加高效和智能化。
总结交通流模型是交通工程领域中的一个重要研究方向。
从基础理论研究到实践应用，交通行业已经探讨了许多交通流模型和应用场景。
越来越多现代技术的使用将为未来的城市交通带来更多的可能性。
交通运输中的交通流理论与模型
交通运输中的交通流理论与模型第一章交通流理论的基本原理交通流理论是交通运输学中的一个重要分支，研究交通流的运行规律与特性，为交通规划和交通管理等提供决策支持。
本章将介绍交通流理论的基本原理，包括交通流类型、交通流参数和交通流模型等。
1.1 交通流的类型交通流通常分为三种类型：车辆交通流、行人交通流和混合交通流。
车辆交通流是指由车辆组成的流动车辆群体；行人交通流是指由行人组成的行人群体；混合交通流则是车辆交通流和行人交通流混合在一起。
1.2 交通流的参数交通流的参数是描述交通流特性的量化指标，常用的参数包括车辆密度、车速和交通流量等。
车辆密度是指单位长度道路上的车辆数；车速是车辆通过单位时间所走过的距离；交通流量是单位时间内通过某一路段的车辆数量。
1.3 交通流模型交通流模型是用来描述交通流特性与变化规律的数学模型。
常用的交通流模型有宏观模型和微观模型两种。
宏观模型研究交通流整体运行规律，如流动稳定性和拥堵解除等；微观模型则从个体车辆的角度考虑交通流的行为规律，如车辆加速度和避让等。
第二章常见的交通流模型本章将详细介绍一些常见的交通流模型，包括流量-密度关系模型、速度-密度关系模型和流量-速度关系模型等。
2.1 流量-密度关系模型流量-密度关系模型研究交通流量与交通流密度之间的关系。
常用的模型包括线性模型、理想模型和反S模型等。
线性模型假设交通流量与交通流密度成正比例关系；理想模型采用抛物线函数来描述交通流量与交通流密度之间的关系；反S模型则将交通流量与交通流密度联系起来，并引入饱和流量的概念。
2.2 速度-密度关系模型速度-密度关系模型研究交通流速度与交通流密度之间的关系。
常用的模型包括线性模型、理想模型和广义的Shriver模型等。
线性模型假设交通流速度与交通流密度成正比例关系；理想模型采用抛物线函数来描述交通流速度与交通流密度之间的关系；广义的Shriver模型则考虑了车辆间距和车辆长度等因素的影响。
第三章交通流特性课件
第三节 排队和延误分析
• 车辆经过站场、交叉口等各种节点或“瓶颈 ”时，由于受到这些限制点通行能力的限制 ，不能以正常的速率通过，从而积存在上游 方，形成排队，等待处理（通过）。
排队系统可以用图3-5所示的简图表示。 在限制点上方有一存储区，供尚未通过限制点
的车辆排队等待通行。
图3-5 排队系统
n
W Wj
j 1
n辆车的平均等待时间便为 n
Wj
Wa
j 1
n
该期间（时段T）在存储区内的车辆总数，也可按D(t) 曲线
同A(t) 曲线之间所包的面积计，即
Q T [ A（t） D（t）]dt 0
而单位时间存储区内的平均排队长度为：
T [ A（t） D（t）]dt
Qa 0
T
上述两个曲线所包面积相等，因而
n kL 0.767 40 30.69 31辆
• 由上例可知，地铁线的容量取决于列车的 平均行驶速度、停站的总时间（停站数和 每站停靠时间）及规定的列车间最小净间 距。
• 对于交通流中各车辆行驶速度不相同的情 况，最小平均车头间距的确定就较为复杂 。
• 示例2 现有一仅供飞机降落的机场跑道。 待降飞机在进入跑道入口前的公共通道后 ，其前后的最小间隔距离为δmin＝3 kn海 里（l 海里=1 852m）。现有三种飞机使 用该跑道，各占比例为20%、20%和60％
即，交通量为平均车头时距的倒数。
交通量是衡量交通运输设施产量的一项指标 ，是对交通运输设施的需求同交通流相互 作用的结果。
三、交通密度
• 交通密度（或称交通集度）k ——某瞬间单 位线路长度L上的车辆数n。
k nL
• 平均车头间距sa
sa
交通流模型的五个基本要素
交通流模型的五个基本要素
摘要：
一、交通流模型概述
二、交通流模型的五个基本要素
1.交通需求
2.交通供给
3.交通设施
4.交通流分布
5.交通流控制
正文：
交通流模型是研究和预测交通系统运行状况的重要工具，它可以帮助我们了解交通现象的本质规律，为交通规划和管理提供科学依据。
在交通流模型中，有五个基本要素需要我们重点关注，它们分别是交通需求、交通供给、交通设施、交通流分布和交通流控制。
首先，交通需求是指在一定时间、地点和出行目的下，人们对交通服务的需求。
交通需求是交通流模型的基础，它受到多种因素的影响，如出行目的、出行时间、出行方式等。
其次，交通供给是指在一定时间内，交通系统能够提供的交通服务数量。
交通供给包括道路容量、公共交通运力、停车场容量等。
交通供给与交通需求之间需要保持平衡，以保证交通系统的正常运行。
第三，交通设施是指为满足交通需求而建设的交通工程设施，包括道路、
桥梁、隧道、公交车站、停车场等。
交通设施的规划与建设对交通流模型具有重要作用，合理的交通设施布局可以有效缓解交通拥堵问题。
第四，交通流分布是指在交通系统中，不同路段、不同交通方式之间的交通流量分布情况。
通过研究交通流分布，我们可以了解到交通流的时空特点，从而为交通规划和管理提供依据。
最后，交通流控制是指通过采取一定的措施，对交通流进行管理和调控，以实现交通系统的安全和畅通。
交通流控制包括交通信号控制、道路限速、公共交通优先等措施。
总之，交通流模型的五个基本要素相互影响、相互制约，共同决定了交通系统的运行状况。
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Ch2 交通流特性
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突变理论提出一系列数学模型，来解释自然界和社会 现象中所发生的不连续的变化过程，描述各种现象为 何从一种形式突然地飞跃到根本不同的另一种形式。
如岩石的破裂，桥梁的断裂，细胞的分裂，胚胎的变 异，市场的破坏以及社会结构的激变……。
见：潘岳等.《突变理论在岩体系统动力失稳中的应用 》.科学出版社. 2008
（3）该模型所做的交通调查是在假期进行的。
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2. 其他模型及曲线
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§5 三维模型
安德伍德模型 适用范围
①在交通流密度k小于饱和交通流密度km时，交通流量q随密度 增加而增加；当密度k达到km时，随密度k增加，流量q减少， 表现为道路通行能力下降。
um—对应最大交通量 的速度,最佳速度
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3. 安德伍德（Underwood）模型
适用于较小密度的交通条件
半对数坐标
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4. 伊迪模型
伊迪提出将Greenberg模型和 Underwood模型组合，其中 Underwood模型取较小密度的 部分， Greenberg模型取较大 密度的部分。
显然：当 k=km时，q=qm
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3. 不连续曲线模型
由大密度交通和小密度交通两种不同的u-k模型，导出两 种q-k曲线。
两条曲线不连续，常出现在瓶颈路段。实测的流量密度 关系是间断的，出现“反λ” ，两个分支分别用来定义自 由流和拥挤流。
分析：突变理论
Greenberg模型,
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（3）突变理论的应用
突变理论在在自然科学的应用是相当广泛的。
在物理学研究了相变、分叉、混沌与突变的关系，提出了 动态系统、非线性力学系统的突变模型，解释了物理过程 的可重复性是结构稳定性的表现。
在化学中，用蝴蝶突变描述氢氧化物的水溶液，用尖顶突 变描述水的液、气、固的变化等。
kj =250veh/mile ≈156veh/km
um=14.5mile/h ≈23.2km/h
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4. 流量-占有率曲线 根据流量和占有率两个参数确定拥挤的发生。
回滞现象
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交通流在从拥挤状态回到非拥挤状态时，不会再 经历流量等于通行能力的状态，即流量曲线存在 跃变。
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2.对数模型
1)适用于较大密度的模型
格林伯（Greenberg）速度-密度模型
1441veh/h（通行能力）
kj =228veh/mile≈142veh/km um=17.2mile/h≈27.7km/h
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2) 适用于较小密度的模型
安德伍德（Underwood）模型
由于目前还没有一个新的模型来很好地描述交通 流的状态，而且理论工作者重视对密度的研究， 而大部分收集到的是占有率数据，密集度这两个 调查值之间的关系又很难定量描述，所以现在人 们仍然接受传统的速度-流量曲线。
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基于突变理论的交通流模型则能够较好地从三维 空间角度甚至更高维角度予以解释。为此，利用 交通波理论，将交通流三参数模型与尖点突变数 学模型相结合，研究交通流模型的临界状态。
详见：第六章中——交通波理论应用
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六、交通流基本参数模型的结论与展望
以前的模型已经不能很好地适用于现在交通流特 性的研究，速度-流量-密集度关系的数学模型还 在不断地改进。
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§6 突变理论模型
【1】王英平, 王殿海等，突变理论在交通流分析理论中应用综述， 交通运输系统工程与信息，2005，5（6）：68-95
【2】陈涛等，基于突变理论的拥挤控制模型研究，系统工程学报， 2006，21（6）：598-605
【3】郭健等，基于尖点突变对交通流模型的研究，控制与决策， 2008，23（2）：237-240
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§5 三维模型
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。
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§5 三维模型
格林伯模型 适用范围
③在未饱和交通流条件下，车速越快，流量就越大 ；在临界车速（最佳车速）um时，通行能力最大； 当交通流饱和后，行驶车速反而要下降。
在生态学中研究了物群的消长与生灭过程，提出了根治蝗 虫的模型与方法。
在工程技术中，研究了弹性结构的稳定性，通过桥梁过载 导致毁坏的实际过程，提出最优结构设计……。
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（4）突变理论在交通工程中的应用
传统的交通流模型难以解释某些实测交通流数据 出现的非连续的“跳跃”式现象，
重点：交通流参数：流量、速度和密集度
难点：各类交通流基本参数的关系模型
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§1 调查地点对数据性质的影响
交通流模型
调查数据的回归分析 ——直接使用调查数据
理论推导 ——在确定模型结构的基础
上，进行参数标定和检验
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§1 调查地点对数据性质的影响
一、调查位置对数据性质的影响
当绘制标准化速度对标准化密 度的关系曲线时(所谓标准化， 或归一化，就是观测值与最佳 值或最大值之比)，这两个模型 曲线在密度的中部范围相交。
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§3 流量一密度模型
1. 抛物线形的流量—密度模型
格林希尔治（Greenshields）速度-密度模型
曲线上任意点的矢径的斜率表示该区 段上的区间平均速度，切线的斜率表 示流量微小变化的速度分布。
第3章 交通流模型.ppt
本章主要内容
§1 调查地点对数据性质的重要影响 §2 速度一密度模型 §3 流量一密度模型 §4 速度一流量模型 §5 三维模型 §6 突变理论模型 §7 排队理论模型
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2
教学目的：掌握交通调查的原理和方法，掌握常 用交通流参数（速度、密度、流量）的物理意义 、相互关系及其适用条件。
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（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。
非拥挤 拥挤
出现间歇流，
qA=qB-q1 A位置可以观测到拥挤时的交 通状况，但不适合作通行能力 研究；
q1
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q2
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§1 调查地点对数据性质的影响
一、调查位置对数据性质的影响
观测到非拥 挤的交通流， 或接近通行能 力的交通流， 适合作通行 能力研究；
q1
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q2
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§4 速度-流量模型 1. 格林希尔治（Greenshields）抛物线模型
在速度—密度的线性模型基础上得到的。
式中：uf—自由流车速， kj—阻塞密度
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存在的问题：
（1）曲线表示单向两车道的速度—流量关系，并 非高速公路观测数据；
（2）模型将观测数据组相互交叠和分类，每100辆 车作为一组，隔10辆车就开始新一组的纪录，因 此相邻两组有90%的交叠；
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按照突变理论，自然界和社会现象中的大量的不连续事件 ，可以由某些特定的几何形状来表示。托姆指出，发生在 三维空间和一维空间的四个因子控制下的突变，有七种突 变类型：尖顶突变、燕尾突变、折迭突变、蝴蝶突变、双 曲脐突变、椭圆脐形突变以及抛物脐形突变。
例如，用大拇指和中指夹持一段有弹性的钢丝，使其向上 弯曲，然后再用力压钢丝使其变形，当达到一定程度时， 钢丝会突然向下弯曲，并失去弹性。这就是生活中常见的 一种突变现象，它有两个稳定状态：上弯和下弯，状态由 两个参数决定，一个是手指夹持的力(水平方向)，一个是 钢丝的压力(垂直方向)，可用尖顶突变来描述。
【4】凌复华，突变理论及其应用，上海交通大学出版社，1987
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突变理论——
始于1970年代的一个新的数学分支
（1）突变理论的产生
自然界和社会现象中，还有许多突变和飞跃的过程，飞越 造成的不连续性把系统的行为空间变成不可微的，微积分 就无法解决。例如，水突然沸腾，冰突然融化，火山爆发 ，某地突然地震，房屋突然倒塌（失稳），……。
§1 调查地点对数据性质的影响
一、调查位置对数据性质的影响
由于出口道有流量驶 出，因此，qC≤qB； 不会发生交通拥挤， 该位置可以获得不拥 挤时的交通数据。 可见，调查位置对数 据的影响不容忽视。
q1
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q2
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京石高速公路北京段观测点测出的一条车道上的数据。可见 ：在流量的很大范围内，速度下降很小。在0~1000辆/h时， 速度仅下降了4km/h。流量在大于1300辆/h后，速度下降加 剧。当流量较小时，数据点十分分散，这是因为此时车辆行 驶自由度大，司机可自由选择其车速，以其期望车速行驶。 在这种情况下，车辆的机动性能的差异就显现出来，表现出 车辆速度离散性较大。另外，当流量接近车道的通行能力时 ，交通流变得不再稳定，数据离散性进一步加大。