交通工程学道路交通流理论
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《交通流理论 》课件
数值模拟法
定义：通过计 算机程序模拟 交通流现象的
方法
优点：可以模拟 复杂的交通流现 象，包括车辆之 间的相互作用、
道路条件等
缺点：需要较 高的计算能力 和技术水平， 且可能存在误
差
应用：用于研 究交通流的基 本规律、优化 交通设计和控
制等方面
交通流分析与评价方法
交通流流量分析
交通流量定义：单位时间内通过道路某一断面的车辆数 交通流量分类：基本流量、设计流量、实际流量 交通流量调查方法：路边调查、断面调查、连续调查
交通信号优化：通过调整交通 信号的配时方案，减少车辆在 路口的等待时间和延误
智能交通系统应用：利用智能 交通系统技术，实时监测交通
状况，调整交通流分配
交通流控制策略
交通信号控制：通过调整交通信号灯的配时方案，优化交通流分配，减少 拥堵和事故发生率。
智能交通系统：利用先进的技术手段，实时监测交通流量、车速等参数， 为交通管理部门提供决策支持，实现交通流优化与控制。
交通流分析与评价方法在交 通安全与控制中的应用
交通流分析与评价方法介绍
交通流分析与评价方法在环境 保护与可持续发展中的应用
交通流数据的采集与处理
交通流分析与评价方法的发 展趋势与挑战
交通流优化与控制策略
交通流优化方法
道路设计优化：优化道路布局 和设计，提高道路通行能力和 安全性
交通管理优化：加强交通管理， 提高交通运行效率和管理水平
交通组织优化：通过合理规划道路网络、优化交通标志标线等措施，提高 道路通行效率，减少交通冲突。
公共交通优先：通过设置公交专用道、提高公交服务质量等措施，鼓励市 民选择公共交通出行，减少私家车使用，从而优化交通流。
交通工程学课件-第八章--交通流理论
m 1)!
Pk
•时间t内到达车辆数小于k的概率P(K<k) •时间t内到达车辆数大于等于k的概率P(K≥k) •时间t内到达车辆数大于等于x但不超过y的概率
P(x≤K≤y)
第八章 交通流理论
• 该分布的均值M和方差D都等于m＝λt。
• 实际应用中，均值M=E(X)和方差D(X)可分别由其样本 均值和样本方差S2分别进行估计：
1、负指数分布
• 交通流到达服从泊松分布，则交通流到达的车头时距 服从负指数分布， 反之亦然
• 已知到达某交叉口的车流车头时距（单位：s）服从负
指数分布，且 P(h 10) 0.2
• 试求任意10s到达车辆数不小于2辆的概率
P0 0.2 et P1 t et P( X 2) 1 P0 P1
交通工程中，另一个用于描述车辆到达随机特性的度量 就是车头时距的分布，常用的分布有负指数分布、移位的 负指数分布、M3分布和爱尔朗分布
1、负指数分布（Exponential Distribution）
由泊松分布知 P( X 0) (T )0 eT eT
0!
四、连续性分布（continuous distribution)
第八章 交通流理论
一、概述
• 交通流理论是运用物理学与数学的定律来描述交 通特征的一门科学，是交通工程学的基础理论。 它用分析的方法阐述交通现象及其机理，从而使 我们能更好地掌握交通现象及其本质，并使城市 道路与公路的规划设计和营运管理发挥最大的功 效。
第八章 交通流理论
一、概述 当前交通流理论的主要内容： • 1、交通流量、速度和密度的相互关系及测量方法 • 2、交通流的统计分布特性 • 3、排队论的应用 • 4、跟驰理论 • 5、驾驶员处理信息的特性 • 6、交通流的流体力学模拟理论 • 7、交通流模拟
道路交通流理论-PPT课件
m
• 应用条件：车流密度不大，车流随机； • 泊松分布的均值M和方差D均为λt； • 均值m，方差S2；二者接近时可用。
i 1 n i i n n
f
i 1
i 1
i i
N
i
• 其中：n——观测数据分组数； • fi——计算间隔T内到达xi辆车(人)发生的次（频） • •
数； xi——计数间隔T内的到达数或各组的中值； N——观测的总计间隔数。
泊松分布
• 递推公式
P (X 0 ) e m P (X x ) P (X x 1 ) x
Greenshilds模型
• 1933年(Greenshields)在对大量观测数据进行分析之后，
提出了速度——密度的单段式直线性关系模型：
• V=a-bK • 当K=0时，畅行速度V=Vf ； • 得： a=Vf • 当密度达到最大值，即K=Kj时，车速V=0； • 得： b=Vf/Kj
K • 将a、b代人式(7-2)得： V V ( ) f 1 Kj
V Q K j (V ) Vf
2
例
• 已知车流速度与密度的关系V=88-1.6K，如限制车流的实 • • • • • • • • •
际流量不大于最大流量的0.8倍，求速度的最低值和密度 的最高值。 解：V=88-1.6K，则Q=VK=88K-1.6K2； V=0时，Kj=88/1.6=55辆/Km； K=0时，Vf=88Km/h Qm=KmVm=88/2*55/2=1210辆/h Q≤Qm*0.8=968辆/h 88K-1.6K2=968 得： K=(55±11)/2=39.8(不符，舍去)=15.2 故：Kmax=15.2辆/Km ； Vmin=88-1.6*15.2=63.7Km/h
• 应用条件：车流密度不大，车流随机； • 泊松分布的均值M和方差D均为λt； • 均值m，方差S2；二者接近时可用。
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f
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i 1
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N
i
• 其中：n——观测数据分组数； • fi——计算间隔T内到达xi辆车(人)发生的次（频） • •
数； xi——计数间隔T内的到达数或各组的中值； N——观测的总计间隔数。
泊松分布
• 递推公式
P (X 0 ) e m P (X x ) P (X x 1 ) x
Greenshilds模型
• 1933年(Greenshields)在对大量观测数据进行分析之后，
提出了速度——密度的单段式直线性关系模型：
• V=a-bK • 当K=0时，畅行速度V=Vf ； • 得： a=Vf • 当密度达到最大值，即K=Kj时，车速V=0； • 得： b=Vf/Kj
K • 将a、b代人式(7-2)得： V V ( ) f 1 Kj
V Q K j (V ) Vf
2
例
• 已知车流速度与密度的关系V=88-1.6K，如限制车流的实 • • • • • • • • •
际流量不大于最大流量的0.8倍，求速度的最低值和密度 的最高值。 解：V=88-1.6K，则Q=VK=88K-1.6K2； V=0时，Kj=88/1.6=55辆/Km； K=0时，Vf=88Km/h Qm=KmVm=88/2*55/2=1210辆/h Q≤Qm*0.8=968辆/h 88K-1.6K2=968 得： K=(55±11)/2=39.8(不符，舍去)=15.2 故：Kmax=15.2辆/Km ； Vmin=88-1.6*15.2=63.7Km/h
交通工程学 第八章 道路交通流理论
数学描述
综上所述，按格林希尔茨的速度—密度模型、流量— 密度模型、速度—流量模型可以看出：Qm、Vm和Km是划 分交通是否拥挤的重要特征值。
当Q≤Qm、K＞Km、V＜Vm时，则交通属于拥挤；
当Q≤Qm、K≤Km、V≥Vm时，则交通属于不拥挤。
8.1.2 连续流特征
例题
1、已知某公路的畅行车速Vf为80km/h，阻塞密度Kj为100辆 /km，速度—密度关系为线性关系，试求： （1）此路段上期望得到的最大流量为多少？ （2）此时对应的车速为多少？ 解：（1）因为速度—密度关系为线性关系，所以： Kj Vf Km Vm 2 2
概述
交通模型
微观方法处理车辆相互作用下的个体行为，包括跟驰模 型和元胞自动机模型(Cellular Automata, CA)等 宏观方法视交通流为大量车辆构成的可压缩连续流体介 质，研究许多车辆的集体平均行为，比如LWR模型 (Lighthill-Whitham-Richards ) 介于中间的基于概率描述的气动理论模型（gas-kineticbased model）
P( 4) Pi 0.1512
i 0 4 1
不足4辆车的概率： 4辆及4辆以上的概率：
P( 4) 1 P( 4) 0.8488
8.2.2 离散型分布
练习
例题：设80辆汽车随机分布在8km长的道路上，服从 泊松分布，求任意1km路段上有5辆及5辆以上汽车的概 率。
8.1.2 连续流特征
数学描述
（1）速度与密度关系 格林希尔茨(Greenshields)提出了速度-密度线性关系 模型： K
V V f (1
Kj
)
当交通密度很大时，可以采用格林柏(Grenberg)提 出的对数模型： K
综上所述，按格林希尔茨的速度—密度模型、流量— 密度模型、速度—流量模型可以看出：Qm、Vm和Km是划 分交通是否拥挤的重要特征值。
当Q≤Qm、K＞Km、V＜Vm时，则交通属于拥挤；
当Q≤Qm、K≤Km、V≥Vm时，则交通属于不拥挤。
8.1.2 连续流特征
例题
1、已知某公路的畅行车速Vf为80km/h，阻塞密度Kj为100辆 /km，速度—密度关系为线性关系，试求： （1）此路段上期望得到的最大流量为多少？ （2）此时对应的车速为多少？ 解：（1）因为速度—密度关系为线性关系，所以： Kj Vf Km Vm 2 2
概述
交通模型
微观方法处理车辆相互作用下的个体行为，包括跟驰模 型和元胞自动机模型(Cellular Automata, CA)等 宏观方法视交通流为大量车辆构成的可压缩连续流体介 质，研究许多车辆的集体平均行为，比如LWR模型 (Lighthill-Whitham-Richards ) 介于中间的基于概率描述的气动理论模型（gas-kineticbased model）
P( 4) Pi 0.1512
i 0 4 1
不足4辆车的概率： 4辆及4辆以上的概率：
P( 4) 1 P( 4) 0.8488
8.2.2 离散型分布
练习
例题：设80辆汽车随机分布在8km长的道路上，服从 泊松分布，求任意1km路段上有5辆及5辆以上汽车的概 率。
8.1.2 连续流特征
数学描述
（1）速度与密度关系 格林希尔茨(Greenshields)提出了速度-密度线性关系 模型： K
V V f (1
Kj
)
当交通密度很大时，可以采用格林柏(Grenberg)提 出的对数模型： K
交通工程学课件(完整版)-
§1－4 我国的交通工程 现状及发展趋势
一. 我国的交通现状
1. 综合运输 2. 公路交通 3. 城市交通
二. 我国交通工程学科的产生及面临的任务
1. 我国交通工程学科的产生 2. 我国交通工程学科面临的任务
(1) 城市交通规划理论与方法研究
①城市交通规划中规划化的交通调查内容、方法研究； ②城市交通需求预测理论与方法规范化的研究； ③城市交通网络计算机模拟技术的研究； ④城市交通网络规划理论与方法的研究； ⑤城市交通规划方案评价技术的研究； ⑥城市公共交通系统优化理论与技术的研究； ⑦城市交通规划快速反应系统的理论与方法的研究； ⑧现代先进科学方法在城市交通规划中应用的研究。
(3) 适应我国交通特点的交通控制理论与方法研 究
①区域交通控制软件系统开发与实施的研究； ②区域交通控制系统设备与配套技术的研究； ③高等级公路情报采集与信息传输、监控技术的研究； ④高等级公路与城市道路的交通管理体制、理论方法
与设施的研究； ⑤高等级公路立交规划设计与评价理论与方法的研究。
(4) 交通流理论方面基础研究
hs
V 3.6
ht
式中：V――汽车行驶速度（km/h）。
§2－2 交通量特性
一. 交通量的定义
交通量 是指在单位时间段内，通过道路某一地点、
某一段面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分， 有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量，一 般不加说明则指机动车交通量，且指来往两个方向的 车辆数。
1. 年平均日交通量（AADT）
AADT
1 365
365
KN L
K Q Vs
式中：K――车流密度（辆/km）；
N――单车道路段内的车辆数（辆）；
交通工程学——交通流理论
统中正在接受服务（收费）和排队的统称。
29
二、排队论的基本概念
排队系统的三个组成部分: 输入过程：是指各种类型的“顾客(车辆或行人)”按怎样的规律到达。 输入方式包括：
泊松输入、定长输入、爱尔朗输入 排队规则：是指到达的顾客按怎样的次序接受服务。排队规则包括：
等待制、损失制、混合制 服务方式： 指同一时刻多少服务台可接纳顾客，每一顾客服务了多 少时间。服务时间分布包括：
28
二、排队论的基本概念
“排队”与“排队系统” 当一队车辆通过收费站，等待服务（收费）的车辆和正在被服务
（收费）的车辆与收费站构成一个“排队系统”。 等候的车辆自行排列成一个等待服务的队列，这个队列则称为“排
队”。 “排队车辆”或“排队（等待）时间”都是指排队的本身。 “排队系统中的车辆”或“排队系统消耗时间”则是在指排队系
由λ=360/3600=0.1
P(ht ) e t 同样P，(h车10头) 时e距小0.1于1010s的0.概37率为：
P(ht) 1 et 0.63
19
二、连续性分布
由上例可见，设车流的单向流量为Q（辆/h），则λ=Q/3600，
于是负指数公式可改写成：
Qt
P(ht) e 3600
负指数M分布的1 均值M和方差D分别为：
基本公式:
P(k )
(t)k
k!
e t
式中： P(k) —在计数间隔t 内到达 k 辆车的概率; λ —平均到车率(辆/s) ； t —每个计数间隔持续的时间(s) 。
5
一、离散型分布
令mP=λ(kt,)则：mk!k e m
递推公式：
P(0) em
P( k 1)
m k 1
P( k )
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二、排队论的基本概念
排队系统的三个组成部分: 输入过程：是指各种类型的“顾客(车辆或行人)”按怎样的规律到达。 输入方式包括：
泊松输入、定长输入、爱尔朗输入 排队规则：是指到达的顾客按怎样的次序接受服务。排队规则包括：
等待制、损失制、混合制 服务方式： 指同一时刻多少服务台可接纳顾客，每一顾客服务了多 少时间。服务时间分布包括：
28
二、排队论的基本概念
“排队”与“排队系统” 当一队车辆通过收费站，等待服务（收费）的车辆和正在被服务
（收费）的车辆与收费站构成一个“排队系统”。 等候的车辆自行排列成一个等待服务的队列，这个队列则称为“排
队”。 “排队车辆”或“排队（等待）时间”都是指排队的本身。 “排队系统中的车辆”或“排队系统消耗时间”则是在指排队系
由λ=360/3600=0.1
P(ht ) e t 同样P，(h车10头) 时e距小0.1于1010s的0.概37率为：
P(ht) 1 et 0.63
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二、连续性分布
由上例可见，设车流的单向流量为Q（辆/h），则λ=Q/3600，
于是负指数公式可改写成：
Qt
P(ht) e 3600
负指数M分布的1 均值M和方差D分别为：
基本公式:
P(k )
(t)k
k!
e t
式中： P(k) —在计数间隔t 内到达 k 辆车的概率; λ —平均到车率(辆/s) ； t —每个计数间隔持续的时间(s) 。
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一、离散型分布
令mP=λ(kt,)则：mk!k e m
递推公式：
P(0) em
P( k 1)
m k 1
P( k )
07交通工程学第七讲交通流理论-排队论模型、跟弛模型与交通波模型
交通运输与物流学院
6
5.3 排队论及其应用
4.应用
收费站
单通道排队服务系统(M/M/1系统):由于排队等待接 受服务的通道只有单独一条,也叫单通道服务系统。
交通运输与物流学院
7
5.3 排队论及其应用
4.应用
收 费 站
多路排队多通道服务:每一个通道各排一队每个通
道只为其相对应的一队车辆服务
交通运输与物流学院
8Байду номын сангаас
客 客客
客
到达
排队
服务 窗口
离去
排队论模型的应用
高速公路收费站
机动车
空港的起降跑道
飞机
船舶停靠码头
船
停车场
机动车
交叉口
机动车
交通运输与物流学院
收费 起飞、降落 货物装卸 驻车 通行
9
例题
例 有一停车场，到达车辆是60辆/h，服从泊松分布，停车 场的服务能力是100辆/h，服从负指数分布，其单一的 出入道可存6辆车，试问该数量是否合适？
2.说明：排队等待的车辆从一开始起动,就产生了起 动波,该波以接近 的v f 速度向后传播。
交通运输与物流学院
30
交通流中观测的加速度
把速度简单地看成密度的函数v(k)，使得求解连续方程变得简单。 现实中交通流的平均速度v不可能瞬时地随密度发生变化，驾驶
员总是根据前方密度来调整车速
该式表明：观测车随交通流的加速度是密度梯度（）的函数， 它从理论上证明了车流的加速减速与车流前方密度的关系
OB 事故发生堵塞部分车道 BC 因排障而完全封闭道路 CD 疏通部分车道 DE 障碍完全排除
排队车辆数 排队时间 总延误 车头时距 车头间距 密度波的波阵面（集散波）
江苏省考研交通工程复习资料交通流理论重要模型分析
江苏省考研交通工程复习资料交通流理论重要模型分析交通工程是一个与人们生活息息相关的学科领域。
在交通规划、交通流量管理以及交通安全等方面，交通工程师需要掌握交通流理论以便进行准确的分析和预测。
本文将对江苏省考研交通工程复习资料中的交通流理论重要模型进行分析，并探讨其应用。
一、交通流理论概述交通流理论是研究交通流动规律的一门学科，通过建立各种数学模型，以解决交通拥堵、交通信号控制、交通规划等问题。
其中，常用的交通流理论模型有流量-密度关系模型、速度-流量关系模型和速度-密度关系模型。
1.1 流量-密度关系模型流量-密度关系模型描述了道路上的车辆流量与车辆密度之间的关系。
常见的数学模型有线性模型、三角形模型和其他非线性模型。
通过实际数据的反复测量和分析，可以建立适合实际情况的交通流量-密度关系模型，并根据模型得出的结果进行交通规划和信号控制。
1.2 速度-流量关系模型速度-流量关系模型研究了车辆流量对道路上的车辆速度的影响。
在道路通行能力预测和交通控制中，速度-流量关系模型起到了重要作用。
常见的模型有Greenshields模型、Greenberg模型和Daganzo-Newell模型等。
这些模型可以帮助交通工程师对道路拥堵情况进行评估，并提出相应的交通管理措施。
1.3 速度-密度关系模型速度-密度关系模型研究了道路上的车辆密度对车辆速度的影响。
一般情况下，车辆密度越大，车辆速度越低。
常用的模型有Greenberg模型、Daganzo-Newell模型和Underwood模型等。
通过建立速度-密度关系模型，交通工程师可以预测并规划道路的通行能力，以减少交通拥堵。
二、交通流理论重要模型分析在江苏省考研交通工程复习资料中，有几个重要的交通流理论模型值得特别关注。
2.1 Greenshields模型Greenshields模型是速度-流量关系模型中的经典模型之一。
它假设车辆在道路上的速度与车流量呈负线性关系。
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三、重点与难点
交通流的统计分布理论、排队论和交通波理论及
实际应用。
2
第四章 交通特性
4.1 交通流特性
本
4.2 概率统计模型
章
主 要
4.3排队论模型
内
容
4.4 跟驰模型
4.5 流体模拟理论
3
第四章 交通特性
交通流理论：研究交通流随时间和空间 变化规律的模型和方法体系。
控制理论、人工智能
交通流理论的应用
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作业：习题4-1、2、3、4、7、9、10
98
第四章 道路交通流理论
1
第四章 交通特性
■ 内容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ绍
一、主要内容
4.1 交通流特性 4.2 概率统计模型 4.3 排队论模型 4.4 跟驰模型 4.5 流体模拟理论
二、基本要求
掌握连续流与间断流的特征分析、离散型概率统 计分布模型和连续型概率统计分布模型、排队论 模型、跟车模型以及车流波模型等经典交通流理 论模型。
35
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4.2 概论统计模型
2）由： p =30%，n=5，k=2 根 据 ：P(k) Cnk pk (1 p)nk P(0) C50 0.30 (1 0.3)50 0.168 P(1) C510.3(1 0.3)51 0.36 P(k2) P(0) P(1) 0.528
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4.4 跟驰模型
跟驰理论是运用动力学方法，研究在无法超车的单一车道 上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态，并且借数 学模式表达并加以分析阐明的一种理论。
计算机技术
交通规划 交通控制 交通工程设施设计
4
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4.2 概论统计模型
由于有1950年鲁契尔的研究和1953年派普斯的研究，跟驰 理论的解析方法才告定型。而赫尔曼和罗瑟瑞于1960年在 美国通用汽车公司动力实验室进行的研究为跟驰理论作了 进一步的扩充。
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3）由： p =30%，n=30，k=0 根据：P(k) Cnk pk (1 p)nk P(0) C300 0.30 (1 0.3)30 0.000023
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