交通流理论课件
交通流理论第八章
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第八章 无信号交叉口理论
平面交叉口把相交的道路路段连接起来，构成路网。因为在交叉口同一平面上有多股交通流动，考虑到交通安全，有时需要进行适当的交通控制。按照有无交通控制，可将交叉口分为有交通信号控制的交叉口（简称为信号交叉口）和无交通信号控制的交叉口（简称为无信号交叉口）。无信号交叉口是最普遍的交叉口类型，虽然它的通行能力可能低于信号交叉口，但它在网络交通控制中起到了非常重要的作用。一个运行情况不良的无信号交叉口，可能会影响整个信号网络或者智能运输系统的运行，并且无信号交叉口理论是信号交叉口理论的基础，因此首先对无信号交叉口进行研究是非常必要的。
无信号交叉口不像信号交叉口那样会给驾驶员确定的指示或控制，驾驶员必须自己判断何时进入交叉口是安全的。驾驶员所寻求的在交通流中进入交叉口的安全机会或“间隙”称为可插车间隙，它用时间来度量，并且等于某一车头时距。可插车间隙理论是分析无信号交叉口运行的基本理论，其它的所有分析过程在某种程度上都依赖于可插车间隙理论，或者即使没有明确地应用该理论，但也是以它为基础的。
在无信号交叉口中，必须考虑车辆的优先权问题。如果有一辆车试图进入交叉口，但此时存在优先级高于它的交通流，那么它必须让路给这些交通流。另外，低级别交通流的存在也会影响高级别交通流的运行。由此可见，无信号交叉口的车流间存在着相互作用。
本章的第一节首先讨论无信号交叉口的理论基础，着重介绍可插车间隙理论以及在该理论中用到的几种基本的车头时距分布。普通的无信号交叉口（即四路相交）可分为二路停车和四路停车两类，即主路优先控制的交叉口（包括停车控制和让路控制）和主次路不分的交叉口。在第二节中首先讨论了二路停车的无信号交叉口，第三节接着讨论了四路停车的无信号交叉口。在考虑交叉口交通运行时还用到了经验方法，并且在许多情况下经验方法的结果也是比较准确的，与实际情况差别并不大，在第四节中介绍了这些方法。
交通流理论
第四章交通流理论
交通流理论（TrafficFlowTheory）是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，被广泛应用于交通系统规划与控制的各个方面。
第一节交通流理论的发展历程
在本节中，我们一起回顾交通流理论的发展历程。交通流理论的兴起大致在20世纪30年代，在20世纪50年代到60年代经历了繁荣和快速发展，70年代以后，主要是对既有理论的发展完善和应用拓展。
一、交通流理论的萌芽期
萌芽期从20世纪30年代到第二次世界大战结束。由于发达国家汽车使用和道路建设的发展，需要探索道路交通流的基本规律，产生了研究交通流理论的初步需求。Adams在1936发表的论文中将概率论用于描述道路交通流，格林息尔治（Greenshields）在1935年开创性提出了流量和速度关系式（也就是格林息尔治关系），并调查了交叉口的交通状态。
二、交通流理论的繁荣期
繁荣期从第二次世界大战结束到20世纪50年代末。汽车使用显着增长和道路交通系统建设加快，应用层面对交通特性和交通流理论的研究提出了急切需求。此阶段是交通流理论最为辉煌的时期，经典交通流理论和模型几乎全部出自这一时期。交通流理论中的经典方法、理论和模型相继涌现，如车辆跟驰（Car-following）模型、车流波动（KinematicWave）理论和排队论（QueuingTheory）。
这一时期群星闪耀，许多在自然科学其他领域中的大师级人物（如数学家、物理学家、力学家、经济学家）都投入到交通流理论的研究中，其中不乏诺贝尔奖金的获得者，如1977年的诺贝尔化学奖获得者伊利亚?普列高津（IlyaPrigogine）。着名人物有赫曼（Herman）、鲁切尔（Reuschel）、沃德卢普（Wardrop）、派普斯（Pipes）、莱特希尔（Lighthill）、惠特汉（Whitham）、纽维尔（Newell）、盖热斯（Gazis）、韦伯斯特（Webster）、伊迪（Edie）、福特（Foote）和钱德勒（Chandler）。
交通流理论 2
交通流理论
第二章交通流特性
第一节交通调查
交通调查：在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆（或行人）运行情况的数据而进行的调查分析工作。
意义：交通调查对搞好交通规划、道路设施建设和交通管理等都是十分重要的。
两条非常接近的水平平行直线表示小距离调查；
一条竖直直线表示沿路段长度调查（瞬时状态，例如空拍图片）；
车辆的轨迹之一就可代表浮动车调查；
ITS区域调查类似于在不同时间、不同地点进行大量的浮动车调查。
定点调查能直接得到流量、速度和车头时距的有关数据，但是无法测得密度。
二、小距离调查
这种调查使用成对的检测器（相隔5m或6m）来获得流量、速度和车头时距等数据。
目前常用的点式检测器，如感应线圈和微波束。调查地点车速时，将前后相隔一定距离（如5m）的检测器埋设地下，车辆经过两个检测器时发出信号并传送给记录仪，记录仪记录车辆通过两个检测器所使用的时间，那么用相隔的距离除以时间就得到地点车速。
这种调查方法还能得到占有率，占有率是指检测区域内车辆通过检测器的时间占观测总时间的百分比。由于占有率与检测区域的大小、检测器的性质和结构有关，因
四、浮动车调查
浮动观测车调查有两种方法：
第一种方法:是利用浮动车记录速度和行程时间（分别作为时间和沿路段位置的函数），浮动车以车流的近似平均速度行驶。该方法无需精密的仪器就可获得大量有
关高速公路车流运动的信息，但是不能获得准确的平均速度。这种方法有两种常用的形式：一种是人在车上记录速度和行程时间；另一种是使用速度计（通常用于远距离行驶的卡车和公共汽车上）。
第二种方法:可同时进行速度和流量的调查，该方法适用于不拥挤的道路和无自动检测仪器的郊区高速公路。这种调查方法基于观测车在道路上进行往返行驶，其计算流量和速度的公式如下：
t——车辆沿参考方向行驶时的行程时间；
w
t——车辆沿参考方向行驶时的平均行程时间的估计值；
l——路段长度；
u——区间平均速度。
交通流理论第九章
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第九章 信号交叉口理论
信号交叉口交通流理论，主要研究信号交叉口的通行能力以及采用单点控制的交叉口和协调控制系统中车辆延误与排队长度的计算。信号交叉口的通行能力是分析信号交叉口交通状况和进行配时设计与评价的基础，延误与排队长度是决定信号交叉口服务水平和计算燃油消耗与排放的主要因素。目前应用的交叉口延误模型是按照均衡延误和随机延误两部分来描述的，它反映了交通流的流动特性和随机特性。
交叉口延误模型的均衡延误部分是建立在交通流流体理论的基础上的，该理论要求将交通的供、求量都视为连续变量，通常用流率来表示，而流率是随时间和空间变化而变化的；随机延误部分是建立在稳态排队理论的基础上的，该理论定义了交通流到达与排队的分布。
考虑了均衡延误和随机延误的交通流模型在交通控制领域是非常有用的，它可以应用于各种不同的信号控制类型，而且形式较简单。这种模型现已受到越来越多的关注，成为很多国家进行交通分析与控制的工具，并且已经应用到了实际的交叉口控制当中。本章首先介绍信号交叉口的交通特性，包括通行能力分析以及车流在交叉口的受阻过程，然后介绍在交通流不同的到达情况下，各种延误模型对延误时间和排队长度这两项控制效果参数的计算。
第一节 信号交叉口的交通特性
信号交叉口车流的运行特性及其通行能力，直接取决于信号配时的情况。为便于研究，我们主要分析采用固定式配时的孤立信号交叉口。首先介绍两个概念：相位和绿灯间隔时间。所谓相位，就是指在一个信号周期内一股或几股车流，不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色的连续时序称作一个信号相位。绿灯间隔时间是指一个相位绿灯结束到下一相位绿灯开始之间的时间，这是为了避免下一相位头车同上一相位尾车在交叉口内相撞所设，也叫交叉口清车时间，常用I表示。
一、信号交叉口车流的运动特性
当一个交叉口的相位安排确定之后，车流通过交叉口时的基本运动特性如图9—1所示。这一基本模式是由克莱顿（Clayton）于1940～1941年提出的，后来沃德洛尔、韦伯斯特和柯布（Cobbe）等学者沿用并发展了克莱顿的模式，使之成为今天我们看到的图示。这一模式一直作为研究信号交叉口车流运行特性的主要依据。
第四章交通流理论.ppt.Convertor
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Traffic Flow Theory
第四章交通流理论
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Generalization
第一节概述
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交通流理论：运用数学和物理学的方法来描述交通特性的一个边缘科学，它用分析的方法阐述交通现象及其机理，使我们更好的理解交通现象及其本质，并使城市道路与公路的规划设计和运营管理发挥最大的功效。
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1 初期：概率论方法（20世纪30年代）
1933年，金蔡（Kinzer.J.P）提出了泊松分布；
2 中期：跟驰理论、交通波理论和排队理论（20世纪50年代）
1959年12月，首届交通流理论学术讨论会召开；
3 后期：迅速发展时期（20世纪60年代后）
丹尼尔（Daniel .I.G）和马休（Marthow.J.H）1975年出版了《交通流理论》。
发展历程
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1. 交通量、速度和密度的相互关系和量测方法
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
主要内容 5
第二节交通流的统计分布特性
The Statistical Distribution Characteristic of Traffic Flow
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1、到达某一断面的车辆数：离散型分布
2、到达同一地点的两辆车的时间间隔：连续性分布
3、离散型分布：计数分布
连续性分布：间隔分布、车头时距分布、速度分布、可穿越空档分布
统计分布的含义
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1、泊松分布
2、二项分布
3、负二项分布
离散型分布
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1、泊松分布
（1）适用条件：车流密度不大，其它外界干扰因素基本上不存在，车流是随机的
（2）基本公式：
令：计数间隔平均到达的车辆数，泊松分布参数。
离散型分布
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1、泊松分布
离散型分布
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1、泊松分布
（3）递推公式：
（4）分布的均值M和方差D：
离散型分布 11
1、泊松分布
Poisson distribution belongs to discrete function with only
交通流理论基础教学设计
1 交通流理论基础教学设计
1. 前言
随着城市化进程的加速，人们对于交通管理的高效性和合理性的要求越来越高。而交通流理论是现代交通管理的重要理论基础，它对于交通管理的运作与规划都有着重要意义。因此，加强交通流理论教学，对于提高学生交通管理能力、满足社会高质量人才需求具有重要意义。本文将会从教学设计角度来探讨如何加强交通流理论基础教学。
2. 学习目标
• 了解交通流量、速度、密度等基本概念；
• 掌握交通流特性及其表现形式；
• 了解常见的交通拥堵现象的产生机理；
• 了解改善城市交通流量，降低城市交通拥堵的对策和方法。
3. 教学方法
本课程以理论讲授为主，辅以实例分析和案例分析。
3.1 PBL教学法
PBL即Problem-based Learning，是以问题为导向的、以解决实际问题为目的的教学法。此法以学生的问题为中心，围绕实际问题来进行教学、学习和评估。交通流理论的应用较为广泛，教学中应该突出问题解决能力的培养。
3.2 课堂案例分析法
课堂案例分析法是一种集中表达信念、分享观点、阐明知识的有效教学方法。通过解决实物中遇到的问题，让学生们深入领悟交通问题处理流程，形成分析和解决问题的思路和方法。 2 4. 教学内容
4.1 交通流基础概念
• 交通流量、速度、密度等基本概念；
• 交通流特性及其表现形式。
4.2 交通拥堵的机理与影响因素
• 交通压力分析与研究；
• 设施、车辆、人员等元素之间的关系；
• 周期性“堵点”与多样化拥挤状况的识别与判断。
4.3 交通管理对策
• 改善城市交通流量、降低城市交通拥堵的对策和方法；
• 交通管理技术及其工具。
5. 评估方法
本课程综合考核采用闭卷考试和课程设计的方式。
5.1 闭卷考试
随堂进行的单元测试，最终的期末考试成绩，主要是针对学生掌握的基本知识点和提高学生突发问题思维转化能力。
5.2 课程设计
针对一个案例进行系统的分析与解决，加强学生综合考虑问题的能力，同时能够从实际角度来检测学生知识掌握情况。 3 6. 结语
交通流理论 3
第二节交通流理论
一、机动车交通
机动车交通是城市道路交通的主体。 国外城市中的机动车大多是小汽车， 车种较为单一,
在一定的路段上车速基本相同，交通流相对比较简单。我国城市的机动车车种复杂，车速、 性能差异较大，交通流比国外城市要复杂得多。
1.机动车流速度、流量和密度关系
(1)基本关系式
如果车流中所有车辆均以相同的车速通过某一段路程，则有下列关系 ：
式中:K为交通密度(辆/公里)；Q为交通量(辆/小时)；V为车速(公里/小时)。 公式也经常写作：
(2) 车速与密度的关系
Vf为自由车速，Kj为当车速为零时的阻塞密度。
由上式及图可知，当密度逐渐增大则车速逐渐减小， 当达到阻塞密度 Kj时，车速为零,
交通停顿。
Ko称为最佳密度。由图可知，在 Ko之前，交通量随密度的增加而增加，而在 Ko之后,
交通量将随密度的增加而减少。
(4)交通量与车速的关系 Qi】曲 (3)交通量与密度的关系
综上所述，将 Q-K, Q-V及V-K关系图作于同一平面上，如上图，全面分析可知 ：
（1） 当密度很小时，交通量亦小，而车速很高 （接近自由车速）。
（2） 随着密度逐渐增加，交通量亦逐渐增加，而车速逐渐降低。当车速降至 Vo时，交通
量达到最大此时的车速称为临界车速，密度 Ko称为最佳密度。
（3） 当密度继续增大（超过Ko），交通开始拥挤，交通量和车速都降低。当密度达到最大（即
阻塞密度凡）时，交通量与车速都降至为零，此时的交通状况为车辆首尾相接，堵塞于道路
上。
（4） 最大流量Qmax临界车速Vo和最佳密度Ko是划分交通是否拥挤的特征值。当 Q> Qm
Vo称为最佳车速。由图可知在
交通量将随车速的增加而减少。 Vo之前，交通量随车速的增加而增加，而在 Vo之后, Qmax K> Ko, Vv Vo时交通属于拥挤；当 Q< Qmax K< Ko, V> Vo时，交通属于畅通。
由上述三个参数间的量值关系可知， 速度和容量（密度）不可兼得。因此，为保证高等
交通流理论第二章
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
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第二章 交通流特性
第一节 交通调查
交通调查：在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆（或行人）运行情况的数据而进行的调查分析工作。
意义：交通调查对搞好交通规划、道路设施建设和交通管理等都是十分重要的。
调查方法：
（1）定点调查；
（2）小距离调查（距离小于10m）；
（3）沿路段长度调查（路段长度至少为500m）；
（4）浮动观测车调查；
（5）ITS区域调查。
图2—1中，纵坐标表示车辆在行驶方向上距离始发点（任意选定）的长度，横坐标表示时间。图中的斜线代表车辆的运行轨迹，斜率为车速，直线相交表示超车。
穿过车辆运行轨迹的水平直线代表定点调查；
两条非常接近的水平平行直线表示小距离调查；
一条竖直直线表示沿路段长度调查（瞬时状态，例如空拍图片）；
车辆的轨迹之一就可代表浮动车调查；
ITS区域调查类似于在不同时间、不同地点进行大量的浮动车调查。
图2—1 几种调查方法的时间—距离图示
0
0 500 1000 1500 2000 2500
时间（s） 距离（m）
高速公路车道 沿路段长度调查
定点调查
小距离调查 浮动车调查
30 60 90 120 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
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一、定点调查
定点调查包括人工调查和机械调查两种。
人工调查方法即选定一观测点，用秒表记录经过该点的车辆数。
机械调查方法常用的有自动计数器调查、雷达调查、摄像机调查等。
自动计数器调查法使用的仪器有电感式、环形线圈式、超声波式等检测仪器，它几乎适用于各种交通条件，特别是需要长期连续性调查的路段。
雷达调查法适用于车速高、交通量密度不大的情况。
摄像机调查法一般将摄像机安装在观测点附近的高空处，将镜头对准观测点，每隔一定的时间，如15s、30s、45s或60s，自动拍照一次，根据自动拍摄的照片上车辆位置的变化，清点出不同流向的交通量。这种方法可以获得较完全的交通资料，如流量、流向、自行车流及行人流和行驶速度、车头时距及延误等。
道路交通流理论
四、道路交通流理论
离散型分布（也称计数分布）：
在一段固定长度的时间内或距离内到达某场所的交通数量的波动性
.泊松分布适用条件：
车辆（或人）的到达是随机的，相互间的影响微弱；其他外界干扰因素基本不存在，具体表现在交通流密度不大、车流是随机的
可用泊松分布、二项式分布和负二项式分布三种模型来进行离散分布描述
概率和统计分布理论适用于低密度的车流，流体力学与动力学方法适用于高密度车流。
交通量Q、行车速度、车流密度K是表征交通流特性的三个基本参数
车流密度不大,且不受其他干扰因素的影响时,计数分布符合泊松分布；
交通拥挤、车辆连续行驶时，计数分布符合二项分布或广义泊松分布；
交通受周期性干扰（如受交通信号的干扰）时，计数分布则符合负二项分布
【例】设60辆汽车随机分布在4000m长的道路上，服从泊松分布，求任意400m路段上有4辆车及4辆以上的概率。
解：由题意，计数间隔t=400m，单位间隔内的平均到达
率λ=60辆/4000m=6/400 辆/m，则有：
计数间隔内平均达到的车辆数m=λt= 400m*6/400 辆/m=6辆
p0=(6)0*e-6/0!=0.0025， p1=(6)1*e-6/1!=0.0149
p2=(6)2*e-6/2!=0.0446， p3=(6)3*e-6/3!=0.0892
不足4辆的概率为：
p(<4)= p0 + p1 + p2 + p3=0.1512
则有4辆车及4辆以上的概率为
p(≥4)= 1- p(<4)= 0.8488
【例】某信号灯交叉口的周期C=97s,有效绿灯时间g =44s,在有效绿灯时间内排队的车流以S=900（辆/h）的交通量通过交叉口，在有效绿灯时间外到达的车辆要停车排队。设信号灯交叉口上游车辆的到达率q=369（辆/h），服从泊松分布公式中，求到达车辆不致二次排队的周期数占周期总数的最大百分率。