基于尖点突变理论的高速公路交通流状态判别方法

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1、基于尖点突变理论的高速公路交通流状态判别方法胡建荣何磊长安大学工程设计研宄院深圳市城市交通规划设计研究中心摘要：为准确掌握高速公路交通流的运行状态及变化规律，给驾驶人和高速公路管理者提供科学决策依据，通过分析传统交通流计算模型存在的不足，对现有高速公路交通流状态划分方法和基于尖点突变理论的交通流模型进行改进，并引入混沌状态和突变区间的概念，同时添加大车混入率作为改进后的模型参数，得出不同大车混入率下混沌流状态、自由流状态和非自由流状态下的判别标准。以八车道高速公路标准路段为例，借助V1SS1M交通仿真软件模拟车流的实时运行状态及变化过程，计算获得仿真情形下不同交通流状态的判别标准和方法。

2、通过对典型高速公路代表性路段实测数据的统计分析，验证了判别标准和方法的合理性与可行性。研究结果表明：交通流在自由流和非自由流状态之间转变时，存在着一种短暂的突变，呈现出一种混沌流的状态;大车混入率对行车速度和时间占有率影响明显，可以对应获得混沌流、自由流和非自由流状态的判别标准;将仿真所获得的交通流状态界定标准与中、美高速公路服务水平划分标准进行对比,自由流状态处于二级或C级及以上服务水平，而iL对自由流服务水平的标准要求更高。该方法对于高速公路运营管理、养护路段划分、安全性评价等具有科学、便捷、实用、可行的实际意义。关键词：交通工程;状态判别标准;尖点突变理论;高速公路交通流;突变区间

3、;交通仿真；作者简介：胡建荣(1972-),男，陕西西安人，高级工程师，工学博士研究生，E-mail:8207872⑽qq.com。收稿日期：2016-11-26基金：陕西省自然科学基础研究计划项0(2016JM5081)FreewayTrafficFlowConditionCriterionMethodBasedonCuspCatastropheTheoryHUJian-rongHELeiCivilEngineeringDesignAcademy,Chang'anUniversity;ShenzhenUrbanTransportPlanningCenter;Abstract：Inord

4、ertoaccuratelygrasptheconditionandthechanginglawofthefreewaytrafficflow,andprovidethescientificdecision-makingbasisforthedriverandthefreewaymanager,thedeficienciesreflectedinthetraditionaltrafficflowcalculationmodelwereanalyzed,andtheexistingdivisionmethodstogetherwithmodelsoffreewaytrafficflowba

5、sedonthecatastrophetheorywereimproved.Theconceptsofchaosandcatastropheintervalwereintroduced,whilstthemixrateofthelargevehiclewasaddedastheimprovedmodelparameters.Thecriteriaoflargevehiclechaosflowstate,freeflowandnonfreeflowstatewithdifferentmixrateswereobtained.Takingtheeight-laneexpresswaystan

6、dardroadasanexample,thereal-timeoperationstateandchangesoftrafficflowweresimulatedbydintofV1SSIM,whilstthedifferenttrafficflowsimulationcriterionobtainedbycalculating.Throughthestatisticalanalysisofthemeasureddataoftypicalfreewaysections,therationalityandfeasibilityofthecriterionandmethodwereveri

7、fied.Theresultsshowthatthetrafficflowchangesbetweenfreeflowandnon-frccflowcondition.Duringthestageoftransformation,thereisatransientcatastrophe,showingastateofthechaoticflow.Theinfluenceofthemixratesoflargevehicleontwo