【摘 要】
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近几十年来,道路交通出行量持续增加,交通拥堵也日益严重,对社会的各个方面产生了一系列的负面影响,如出行时间持续增加、交通污染急剧增加,安全性持续降低。道路交通流理论旨在通过交通建模与仿真研究交通流时空演化规律,并以科学的方法减少交通延误,提升交通系统运行效率和交通安全,为治理交通拥堵提供科学有效的理论支持。作为交通流理论的微观核心模型,跟驰模型能够直观地描述实际交通现象,揭示交通流阻塞形成的内在演
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“车联网及自动驾驶环境下新型交通建模与可靠性分析”(批准号:71971125);
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近几十年来,道路交通出行量持续增加,交通拥堵也日益严重,对社会的各个方面产生了一系列的负面影响,如出行时间持续增加、交通污染急剧增加,安全性持续降低。道路交通流理论旨在通过交通建模与仿真研究交通流时空演化规律,并以科学的方法减少交通延误,提升交通系统运行效率和交通安全,为治理交通拥堵提供科学有效的理论支持。作为交通流理论的微观核心模型,跟驰模型能够直观地描述实际交通现象,揭示交通流阻塞形成的内在演化机理。因此,本文基于跟驰理论,结合实际驾驶员驾驶行为特征,提出了与速度相关的动态敏感系数函数,构建了考虑动态敏感系数的跟驰模型,并进行了稳定性分析及数值模拟。通过提出换道规则构建了双车道模型,并进行了模拟仿真。最后利用NGSIM数据对考虑动态敏感系数的跟驰模型进行了参数标定和验证。本文所做的主要工作如下:(1)基于驾驶员的实际刺激反应延迟时间特征,提出动态敏感系函数,构建单车道跟驰模型。现有的跟驰模型均采用恒定的敏感系数,但根据我们的实测研究发现敏感系数与车辆的速度密切相关。当车辆处于高速行驶的状态下,驾驶员会变得更加警觉,专注程度更高反应时间更短,此时跟驰模型中的敏感系数较大,反之敏感系数较小。基于此,本文设计了与速度相关的动态敏感系数函数,并将其融入全速度差模型,构建能够描述实际驾驶员行为的单车道交通流模型。采用线性稳定性分析对模型展开了解析分析,得出了能够描述交通临界相变行为的线性稳定条件,并给出了敏感系数-速度相图。在周期性边界条件下展开数值实验,研究动态敏感系数对交通流稳定性的影响。结果表明:考虑动态敏感系数的跟驰模型能够更全面地描述实际交通,所提出的动态函数亦能够缓解交通拥堵,提高交通流的稳定性。(2)设计合理的双车道换道规则,构建具有动态敏感系数的双车道跟驰模型。实际道路大多是双车道或多车道,为了刻画实际交通流演化过程,本文设计了合理的换道规则,在所建单车道模型的基础上建立了双车道模型。利用封闭系统,对双车道模型进行模拟实验。结果表明,双车道模型可以安全地完成换道,并且考虑动态敏感系数的双车道模型具有平滑交通流和抑制交通拥堵产生的能力,能够达到稳定交通流的作用。(3)基于NGSIM实测数据,采用试差法对交通流模型进行标定与校验。本文对NGSIM数据集进行了处理,选取出符合跟驰条件的实际车辆轨迹数据,对模型进行了参数标定和误差分析。结果表明,考虑动态敏感系数的跟驰模型误差更小、更符合实际,并且具有稳定交通流,缓解交通拥堵的能力。
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