第3章 交通流模型讲解
交通流模型的五个基本要素
交通流模型的五个基本要素一、引言交通流模型是研究道路交通现象的一种理论工具，它有助于分析和预测交通状况，为交通规划和管理提供科学依据。
本文将介绍交通流模型的五个基本要素，探讨它们之间的关系，并强调应用这些模型的重要性。
二、交通流模型的五个基本要素及其含义1.车辆：车辆是交通流的基本组成部分，它们的数量、类型、速度、行驶轨迹等参数直接影响道路交通状况。
对车辆的深入研究有助于了解交通流的本质特征。
2.道路：道路是车辆行驶的载体，其特性如长度、宽度、坡度、弯度等对交通流有重要影响。
道路的状况也会影响到交通流的稳定性和安全性。
3.交通流状态：交通流状态包括车流量、车速、拥堵程度等，是评价道路交通状况的关键指标。
研究交通流状态有助于发现交通问题，为交通管理提供依据。
4.交通控制设备：交通控制设备如信号灯、交通标志、交通信号等，对交通流具有调控作用。
合理设置和优化交通控制设备可以提高道路通行能力，减少拥堵现象。
5.驾驶员：驾驶员的行为和素质对交通流有重要影响。
驾驶员的驾驶习惯、安全意识、心理状态等都会影响到道路行驶的安全性和畅通性。
三、五个要素之间的关系交通流模型中的五个要素相互关联、相互影响。
车辆、道路、交通流状态和交通控制设备之间的关系是相互作用，它们共同决定了道路交通状况。
而驾驶员作为交通流的主体，其行为和素质对其他要素具有主导作用。
四、应用交通流模型的重要性交通流模型有助于分析和预测道路交通状况，为交通规划和管理提供理论依据。
通过研究交通流模型，可以：1.了解交通流的动态变化规律，为交通规划提供数据支持；2.发现交通拥堵原因，提出针对性的解决方案；3.优化交通控制设备配置，提高道路通行能力；4.培养驾驶员的安全意识和良好驾驶习惯，降低交通事故发生率。
五、结论交通流模型是研究道路交通现象的重要工具，掌握五个基本要素及其关系有助于我们更好地理解和解决交通问题。
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。
连续交通流模型
—
〉k
2 m
守恒方程的数值解——应用
• 多车道流体力学模型
q1 x
k1 t
g
Q1
q2 x
k2 t
Q2
q1 x
k1 t
g
Q1
q2 x
k2 t
Q2
k n1 1,m
1 2
(k1n,m1
kn 1,m1
)
t 2x
(q1n,m1
qn 1,m1
)
t 2
(
gn 1,m1
gn 1,m1
)
t 2
(Q1n,m1
k ( x, t )
守恒方程：
q k 0 x t q q(k)
假设路段上没有交通的产生或离去
k q t x
q dq k x dk x
(u k du ) k dk x
d (ku) k dk x
(u k du ) k dk x
k q t x
(u k du ) k dk x
K` 起动密度
交通波理论应用
• 交叉口车辆排队分析
1、孤立交叉口车辆运行状况的分析
U0 K0
停车波
红灯 tr
停车线， 位置X0
U0 K0
排队长度 uf1tr (1 k0 / k j)
停车波 U0 K0
起动波
红 绿灯 tcr-tr
u K1
停车线， 位置X0
排队车辆完全消散时间Td 排队车辆完全通过交叉口时间Ta
u2 u f (12 )
2
1
u2 uf
U2为刚起动时的车速，可忽略
基于对数模型 的交通波模型
u
um
ln
Kj K
波速： wAB
路网规划中的交通流模型分析方法
路网规划中的交通流模型分析方法路网规划是城市发展中的重要组成部分，它直接关系到交通系统的效率和城市居民的出行体验。
在路网规划过程中，交通流模型分析方法是一项关键工具，它可以帮助规划者预测和评估不同交通方案的效果，从而指导决策和优化交通网络。
本文将介绍几种常用的交通流模型分析方法，并探讨它们在路网规划中的应用。
一、静态交通流模型静态交通流模型是最基本的交通流模型之一，它假设道路网络中的交通流量是稳定的，不随时间变化。
在静态交通流模型中，常用的分析方法包括交通量调查、交通分布模型和交通容量计算。
交通量调查是通过实地观测和数据收集来获取道路上的交通流量信息。
这可以通过安装交通流量监测器、使用交通摄像头或进行人工调查等方式实现。
交通量调查的结果可以提供给交通分布模型进行分析和预测。
交通分布模型是用来描述交通流量在路网中的分布情况。
常用的交通分布模型包括四阶段交通模型和重力模型。
四阶段交通模型将交通流量分为出行生成、出行分配、路线选择和交通量分配四个阶段，通过数学模型计算交通流量在不同路段的分布情况。
重力模型则基于物理学中的引力原理，将交通流量看作是两个地点之间的吸引力和距离的函数，从而预测交通流量的分布。
交通容量计算是用来评估道路网络的通行能力。
通过考虑道路的几何形状、交叉口的设计和信号灯的控制等因素，交通容量计算可以估计道路上的最大交通流量。
这对于规划者来说非常重要，因为它可以帮助他们确定道路的瓶颈和改善措施。
二、动态交通流模型与静态交通流模型相比，动态交通流模型更加细致和真实。
它考虑了交通流量随时间的变化和交通拥堵的产生。
在动态交通流模型中，常用的分析方法包括微观仿真模型和宏观交通流模型。
微观仿真模型是一种基于个体行为的交通流模拟方法。
它通过模拟每辆车的行为和决策来预测整个路网的交通流量和拥堵情况。
微观仿真模型可以考虑诸如车辆加速度、车辆间距、车辆换道等因素，从而提供更加准确的交通流分析结果。
宏观交通流模型是一种基于整体平均值的交通流模拟方法。
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。
交通流量模型知识点
交通流量模型知识点交通流量模型是交通规划和管理领域中的重要概念，通过建立数学模型来描述车辆和行人在路网中的行驶和交互情况。
了解交通流量模型的知识点对于优化交通系统、缓解交通拥堵具有重要意义。
本文将介绍几个关键的交通流量模型知识点，帮助读者深入了解这一领域。
一、线性模型线性模型是最简单的交通流量模型之一，通过假设车辆在道路上均匀分布并且速度恒定，计算车辆通过某一路段的流量。
线性模型适用于交通流量稳定的情况，但无法考虑拥堵和交通信号等因素。
二、微观模型微观模型是基于个体行为建立的交通流量模型，可以模拟车辆之间的交互和行驶过程。
微观模型较为复杂，但能够更准确地反映交通流量的动态变化，对于研究车辆之间的互动和拥堵情况具有重要意义。
三、宏观模型宏观模型是对整个交通网络进行整体建模的方法，考虑路段之间的关联和交通流量的分布规律。
宏观模型通常用于交通规划和政策制定，可以预测未来交通需求和拥堵情况，为交通系统的优化提供决策支持。
四、博弈论模型博弈论模型是研究交通参与者之间策略和结果的数学模型，可以通过博弈分析来解决交通拥堵等问题。
博弈论模型可以帮助理解驾驶者行为背后的动机，为实现交通流量最优化提供理论支持。
五、混合模型混合模型是将不同类型的交通流量模型结合在一起，综合考虑线性、微观、宏观和博弈论等因素，以更全面地分析和预测交通流量情况。
混合模型综合了各种模型的优势，能够更准确地反映实际交通系统的运行情况。
总结：交通流量模型包括线性模型、微观模型、宏观模型、博弈论模型和混合模型等多种类型，每种类型的模型都具有自己的特点和应用领域。
通过深入了解交通流量模型的知识点，可以更好地理解交通系统的运行规律，为交通规划与管理提供科学依据。
希望本文介绍的知识点对读者有所帮助，进一步拓展交通流量模型领域的研究与实践。
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
第3章-交通流线及疏解(1)PPT课件
ch3
ch3
4．流线交叉的疏解
——航空交通流线的立体疏解 航路：一定宽度和高度的固定空域 中、低航路&高空航路 控制飞行高度层（航线角） 领航图：P46图3-13
ch3
5.交通流线的标识
交通枢纽的标识，最主 要的功能是引导旅客或 货主等参与者。主动地 指挥人群的合理流动， 而不是被动地等待人们 来寻找、发现
(a)分流 Distribution
(b)合流 Merge
(c)交织 Weaving
(d)交叉 Cross
ch3
3．交通流线的平行与交叉
流线的平行、会合、分歧、交叉在各种不同交通运输方式之间以及 在各种交通运输方式内部都大量存在。
ch3
4．流线交叉的疏解
流线交叉点：是枢纽路网中道路与道路、道路与铁路或道路与其 它交通设施产生交叉的地点。 [分类]：平面交叉—优先式交叉点、信号化交叉点、环岛交叉点； 立体交叉点 ——平交路口是道路的隘路、瓶颈，是交通阻滞的主要发生地， 是机动车在市内交通时间约1/3于路口停留或减速 ——平交路口的基本冲突：交叉、合流、分流
ch3Βιβλιοθήκη 1. 交通流线概念及描述方法
交通流：指行人、车、船、货物的流动 交通流线：人、车、船、货物在研究范围内流动的轨迹
ch3
1. 交通流线概念及描述方法
国内外对交通流线
的描述方法主要有
飞机到达
两种：
提取行李
1）流程图表示法，即将 到达大厅 旅客（或货物、车辆等）
的各种行为流程按照行
离开机场
客运站 编组站
ch3
3．交通流线的平行与交叉
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速度 (km/h)
90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0
0.0 0
北－南 南－北
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
流量(辆/h)
Ch2 交通流特性
8
§2 速度一密度模型 1. 格林希尔治（Greenshields）线性模型
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
Ch2 交通流特性
3
§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
Ch2 交通流特性
4
§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
（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；
（3）该模型所做的交通调查是在假期进行的。
Ch2 交通流特性
20
2. 其他模型及曲线
Ch2 交通流特性
21
Ch2 交通流特性
22
Ch2 交通流特性
um—u对 应um最ln大( kk交j )通量
的速度,最佳速度
Ch2 交通流特性
10
3. 安德伍德（Underwood）模型
适用于较小密度的交通条件
k
u u f e km
半对数坐标
Ch2 交通流特性
11
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。
q ku kum ln(k j / k)
1441veh/h（通行能力）
令： dq 0 dk
km k j / e
um um
qm umk j / e
kj =228veh/mile≈142veh/km um=17.2mile/h≈27.7km/h
Ch2 交通流特性
14
2) 适用于较小密度的模型
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。
k /kj
Ch2 交通流特性
12
§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
q ku
1935年，Greenshields提出
u
u
f
(1
k kj
)
式中：
uf—自由流车速， kj—阻塞密度 若每车7m，
则kj=1000/7=143(veh/km)
Ch2 交通流特性
9
2. 格林伯（Greenberg）模型
此模型和交通流拥挤的数据相符，适用于较大密 度的交通条件。当交通密度较小时，模型不适用。
ku
f
(1
k kj
)
u
f
k
ufk kj
2
令： dq 0 dk
km
kj 2
um
uf 2
qm
ufkj 4
umk j 2
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。
Ch2 交通流特性
13
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
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
Ch2 交通流特性
q2
5
§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
Ch2 交通流特性
q2
6
第三章
交通流模型
Ch2 交通流特性
1
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
Ch2 交通流特性
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。
Ch2 交通流特性
18
§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。
u2 q k j (u u f )
式中：uf—自由流车速， kj—阻塞密度
Ch2 交通流特性
19
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；
分析：突变理论
Greenbergh/km
um=14.5mile/h ≈23.2km/h
Ch2 交通流特性
16
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
Ch2 交通流特性
17
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。
§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
Ch2 交通流特性
q2
7
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。
安德伍德（Underwood）模型
k
q ku f e km
显然：当 k=km时，q=qm
qm kmu f / e kmum
um u f / e
Ch2 交通流特性
15
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。