论文--对交通流理论的认识及其发展展望

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1、对交通流理论的认识及其发展展望交通运输规划与管理刘训训2013021356摘　要：对交通流理论的发展历史进行了阶段划分，归纳了经典交通流理论的研究内容和理论体系提出了新的交通流理论的体系框架总结了交通流理论研究的思想方法从交通运输工程发展的需求和科学技术发展的支持两个基本条件出发分析了交通流理论发展的趋势，指出了交通流理论发展方向。关键词：交通流理论；研究方法；发展趋势；理论体系；发展展望交通流理论是运用物理和数学的定律来描述交通特性的一门边缘学科。它的应用能更好地解析交通现象及其本质，使道路发挥最大功效。作为交通工程学的基础理论，多年来交通流理论广泛应用于交通运输工程的许

2、多研究领域，如交通规划、交通控制、道路与交通工程设施设计等方面应该说交通流理论是这些研究领域的基础理论。尤其是随着智能运输系统的蓬勃发展，交通流理论涉及的范围和内容在不断地发展和变化，如控制理论、人工智能等新兴科学的思想、方法和理论已经被用于解决交通运输研究中遇到的复杂问题。1　交通流理论的沿革交通流理论的发展与道路交通运输业的发展和科学技术的发展密切相关，在交通运输业的不同发展时期和科学技术发展的不同阶段，对交通流理论的需求和研究能力都不同，因此产生了交通流理论的不同发展阶段。按照时间序列，交通流理论可以划分为三个阶段。(1)创始阶段。此阶段被界定为20世纪30年代至第二

3、次世界大战结束。在此期间由于发达国家汽车工业和道路建设的发展，需要摸索道路交通的基本规律，以便对其进行科学管理，道路交通产生了对交通流理论的初步需求，需要有人对其进行研究。此阶段的代表人物为格林希尔治，其代表性成果是用概率论和数理统计的方法建立数学模型，用以描述交通流量和速度的关系，并对交叉口交通状态进行调查。(2)快速发展阶段。此阶段被界定为第二次世界大战结束至20世纪50年代末。在这一阶段，发达国家的公路和城市道路里程迅猛增长，汽车拥有量大幅度上升，此时交通规划和交通控制已经提到日程，如何科学地进行交通规划和控制，需要交通流理论提供支持。此阶段的特点是交通流理论获得高速

4、发展并产生了多个分支和学术上的多个代表人物。学术分支包括：车辆跟驰理论、基于流体力学的交通波理论和排队理论等。(3)稳步发展阶段。此阶段被界定为1959年以后。此阶段，由于汽车的普及已经使得交通成为世界各国大中城市越来越严重的问题，需要发展交通流理论来解决各种复杂的交通问题。由于这种需求，使交通流理论得到了稳步发展。近些年来又有许多交通运输领域的专题学术年会在世界各国举行，所有的这些年会都涉及到交通流理论。按照研究手段和方法，交通流理论可划分为两类。(1)传统交通流理论。所谓的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。其明显特点是交通流模型

5、的限制条件比较苛刻，模型推导过程比较严谨，模型物理意义明确。如交通流分布的统计特性模型、车辆跟驰模型、交通波模型、车辆排队模型等。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，并且在应用中方法相对成熟。(2)现代交通流理论。现代交通流理论是指以现代科学技术和方法(如模拟技术、神经网络、模糊控制等)为主要研究手段而形成的交通流理论。其特点是所采用的模型和方法不追求严格意义上的数学推导和明确的物理意义，而更重视模型或方法对真实交通流的拟合效果。这类模型主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测，而使用传统交通流理论要达到这些目的就显得很困难。传统交通流理论和现代交通流理论

6、并不是截然分开的两种交通流理论体系，只不过是它们所采用的主要研究手段有所区别，在研究不同的问题时它们各有优缺点。在实际研究中常常是两种模型同时使用效果更好。2　交通流理论研究的内容目前，对交通流理论的定义不尽相同，但归纳各家定义的主要思想，可以给交通流理论下一个定义：交通流理论是研究在一定环境下交通流随时间和空间变化而变化规律的模型和方法体系。根据上述定义，交通流理论涉及的范围非常广泛，其研究内容很难一言以蔽之。根据《交通流理论专著》和《交通流理论》研究内容，可以把交通流理论研究内容划分成如下10个部分：　　(1)交通流特性。研究表示交通流特性的三个参数——流量、速度、密度

7、的量测方法和分布特性及其三者之间的关系模型。(2)人的因素。研究驾驶员在人、车、路、环境中的反应及其对交通行为的影响。(3)车辆跟驰模型。研究车辆的跟驰行为、加速度干扰和交通的稳定性等数学模型。(4)连续流模型。利用流体力学理论研究交通流三个参数之间的定量关系，并根据流量守恒原理重点研究交通波理论。(5)宏观交通流模型。在宏观上(在网络尺度上)研究流量、速度和密度的关系，重点研究路网的不同位置(相对市中心而言)的交通流特性。(6)交通影响模型。研究不同管制下交通的影响(包括交通安全、燃料消耗和空气质量等)。(7)无