第四章 交通流理论 交通工程系郇荣 2016年04月21日
第四章 交通流理论 2016 年 04 月 21 日 交通工程系 郇荣
第四章 交通流理论 Fundamentals of Fraffie Eengineering 第一节 交通流特性 第二节概率统计模型 第三节排队论及甚应用 第四节跟驰模型 第五节 流体模拟理论 ★：要求掌握并学会应用
第一节 交通流特性 第二节 概率统计模型 第三节 排队论及其应用 第四节 跟驰模型 第五节 流体模拟理论 第四章 交通流理论 ★ ★ ★ ★ ★：要求掌握并学会应用 ★
交通流理论的沿革 Fundamentals of Fraffic Eengineering 20世纪30年代，开始发展，最早采用的是概率论方法。 1933年，金蔡(Kinzer.J.P)论述了泊松分布应用于交通分析的可 能性；1936年，亚当斯(Adams.W.F)发表了数值例题；格林希尔茨 (Greenshields)发表了用概率论和数理统计的方法建立的数学 模型，用以描述交通流量和速度的关系。 ·40年代，由于二战的影响，交通流理论的发展不多。 50年代，随着汽车工业和交通运输业的迅速发展，交通量、交通 事故和交通阻塞的骤增，交通流中车辆的独立性越来越小，采用 的概率论方法越来越难以适应，迫使理论研究者寻求新的模型， 于是相继出现了跟驰(Car Following)理论、交通波(Traffic Wave Theory)理论和车辆排队理论(Queuing Theory)。这一 时期的代表人物有Wardrop、Reuschel、Pipes、Lighthill、 Whitham、Newe I、Webster、Edie、Foote、Herman、Chandler等
• 20世纪30年代，开始发展，最早采用的是概率论方法。 1933年，金蔡(Kinzer.J.P)论述了泊松分布应用于交通分析的可 能性；1936年，亚当斯(Adams.W.F)发表了数值例题；格林希尔茨 （Greenshields）发表了用概率论和数理统计的方法建立的数学 模型，用以描述交通流量和速度的关系。 • 40年代，由于二战的影响，交通流理论的发展不多。 • 50年代，随着汽车工业和交通运输业的迅速发展，交通量、交通 事故和交通阻塞的骤增， 交通流中车辆的独立性越来越小，采用 的概率论方法越来越难以适应，迫使理论研究者寻求新的模型， 于是相继出现了跟驰（Car Following）理论、交通波（Traffic Wave Theory）理论和车辆排队理论（Queuing Theory）。这一 时期的代表人物有Wardrop、Reuschel、Pipes、Lighthill、 Whitham、Newel、Webster、Edie、Foote、Herman、Chandler等 。 交通流理论的沿革
交通流理论的沿革 Fundamentals of Fraffic Eengineering 1959年12月，交通工程学应用数学方面学者在底特律举行首届交 通流理论国际研讨会，并确定每三年召开一次。从此，交通流理 论的研究进入了一个迅速发展的时期。 1975年，丹尼尔(Daniel I.G)和马休(marthow,J.H)汇集了各方 面的研究成果，出版了《交通流理论》一书，较全面、系统地阐 述了交通流理论的内容及其发展。 1990年，美国Adolf D.May出版了《Traffic Flow Fundamentals 》 1996年，美国联邦公路局(The Federal Highway Administration,FHWA)出版了《Monograph on Traffic Flow Theory》。主编Nathan H.Gartner,Carroll Messer,Ajay K. Rathi等。涉及的内容包括：交通流特性、人的因素、车辆跟驰模 型、连续流模型、宏观交通流模型、交通影响模型、无信号交叉 口理论、信号交叉口交通流理论、交通模拟和交通分配
• 1959年12月，交通工程学应用数学方面学者在底特律举行首届交 通流理论国际研讨会，并确定每三年召开一次。从此，交通流理 论的研究进入了一个迅速发展的时期。 • 1975年，丹尼尔(Daniel I.G)和马休(marthow，J.H)汇集了各方 面的研究成果，出版了《交通流理论》一书，较全面、系统地阐 述了交通流理论的内容及其发展。 • 1990年，美国Adolf D．May出版了《Traffic Flow Fundamentals 》 • 1996年，美国联邦公路局（The Federal Highway Administration，FHWA）出版了《Monograph on Traffic Flow Theory》。主编Nathan H．Gartner，Carroll Messer，Ajay K． Rathi等。涉及的内容包括：交通流特性、人的因素、车辆跟驰模 型、连续流模型、宏观交通流模型、交通影响模型、无信号交叉 口理论、信号交叉口交通流理论、交通模拟和交通分配。 交通流理论的沿革
按研究手段和方法来划分 Fundamentals of Falfic Eengineering 传统交通流理论 定义：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。 > 特点：交通流模型的限制条件比较苛刻、模型的推导过程比 较严谨、模型的物理意义比较明确！ > 代表模型：交通流的统计分布模型、车辆的跟驰模型、车流 波模型、排队论模型。 > 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， 同时在应用中相对成熟。 2.现代交通流理论 >定义：指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、 人工智能、控制论)为主要研究手段而形成的交通流理论。 > 特点：模型和方法不追求严格意义上的数学推导，也没有明 确的物理意义，更重视模型/方法对真实交通流的拟合效果。 > 应用范围：主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测 (最典型的是对短时交通流的预测)
按研究手段和方法来划分 1．传统交通流理论 定义：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。 特点：交通流模型的限制条件比较苛刻、模型的推导过程比 较严谨、模型的物理意义比较明确！ 代表模型：交通流的统计分布模型、车辆的跟驰模型、车流 波模型、排队论模型。 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， 同时在应用中相对成熟。 2．现代交通流理论 定义：指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、 人工智能、控制论）为主要研究手段而形成的交通流理论。 特点：模型和方法不追求严格意义上的数学推导，也没有明 确的物理意义，更重视模型/方法对真实交通流的拟合效果。 应用范围：主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测 （最典型的是对短时交通流的预测）
连续流和间断流 ●按交通设施对交通流的影响分：连续交通流和间断交通流； 交通流类型 设施类型 描述参数 连续流 Uninterrupted 高速公路、城市快速路、 Traffic Flow 多车道公路 Q、V、K 间断流 Interrupted 交叉口 饱和流率、延误、 Traffic Flow 公共交通停靠站 损失时间 稳态流：运载工具鱼贯而行，较少受到外界因素干扰； 非稳态流：运载工具驶进，驶出交通交通运输网的节点，或在 线路或通道上通行的潜在工具数量接近。 ●按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受分： 自由流、稳定流、不稳定流、强制流
连续流和间断流 按交通设施对交通流的影响分：连续交通流和间断交通流； 交通流类型 设施类型 描述参数 连续流 Uninterrupted Traffic Flow 高速公路、城市快速路、 多车道公路 Q、V、K 间断流 Interrupted Traffic Flow 交叉口 公共交通停靠站 饱和流率、延误、 损失时间 按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受分： 自由流、稳定流、不稳定流、强制流。 稳态流:运载工具鱼贯而行，较少受到外界因素干扰； 非稳态流:运载工具驶进，驶出交通交通运输网的节点，或在 线路或通道上通行的潜在工具数量接近
第一节交通流特性 学习内容： 1、交通流三参数基本关系 2、速度-密度关系 3、流量-密度关系 4、氵 流量一速度关系 5、非线性模型 6、交通流三参数关系的应用 学习要求： >掌握交通流三参数关系（线性)； >应用连续流的三参数关系分析交通运行状态； >了解连续流非线性模型；
1、交通流三参数基本关系 3、流量-密度关系 2、速度-密度关系 6、交通流三参数关系的应用 4、流量-速度关系 掌握交通流三参数关系（线性） ； 应用连续流的三参数关系分析交通运行状态； 了解连续流非线性模型； 学习要求： 第一节 交通流特性 学习内容： 5、非线性模型
考点、理论研究和实际应用 ■ 硕士研究生考点 理论研究和实际应用 1.已知两参数之间关系， 1.某类道路，通过长时间实 求解相关交通流特征 地数据调查，建立交通流 变量。 模型； 2.通过实际调查得到一 2.针对不同类型道路，分析 组数据，分别计算Q、 交通流特性的差异； V、K。 3.交通流状态判别，是交通 管理控制的依据，例如交 通拥堵收费、高速公路交 通量管制
硕士研究生考点 1.已知两参数之间关系， 求解相关交通流特征 变量。 2.通过实际调查得到一 组数据，分别计算Q、 V、K。 理论研究和实际应用 1.某类道路，通过长时间实 地数据调查，建立交通流 模型； 2.针对不同类型道路，分析 交通流特性的差异； 3.交通流状态判别，是交通 管理控制的依据，例如交 通拥堵收费、高速公路交 通量管制。 考点、理论研究和实际应用
1、试比较四张照片的交通运行质量？ 2、哪张照片的交通量最大？
B C D 1、试比较四张照片的交通运行质量? 2、哪张照片的交通量最大? A
一、交通流三参数基本关系 Fundamentals of Fralfic Eengineering B 假设交通流为连续流，在长度为L的路段上有连续行驶的N辆 车，其速度为V,由交通流三参数的定义可知： 。 L路段上的车流密度： 。 N号车通过A断面所用的时间： ·N号车通过A断面的交通量： ·将以上各式整理得：
• 假设交通流为连续流，在长度为L的路段上有连续行驶的N辆 车，其速度为V，由交通流三参数的定义可知： • L路段上的车流密度： • N号车通过A断面所用的时间： • N号车通过A断面的交通量： • 将以上各式整理得： L N K V L t t N Q V KV L N V L N t N Q 一、交通流三参数基本关系 V B N 1 2 . A