城市交通流研究的现状与趋势

《城市交通流研究的现状与趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、城市交通流研究的现状与趋势（2004年6月16日，武汉）黄海军北京航空航天大学管理学院，100083国家自然科学基金委员会管理科学部hjhuang@mail.nsfc.gov.cnhttp://www.sem.buaa.edu.cn交通流是交通需求的实现结果，是交通需求在有限的时间与空间上的聚集现象。由于涉及人、车、路三者之间的相互关系，交通流的形成过程非常复杂。研究方法论和目的：综合运用数学、力学、行为科学、经济学、交通工程和信息科学等知识，用模型刻画人的出行决策、车辆跟驰和网络分布，揭示与预测城市交通流的自组织演变规律与拥堵突现轨迹。为正确诱导和管理

2、交通流、优化交通系统资源使用、科学规划交通网络打下坚实的理论基础。根据交通需求的属性交通流：客流和货流载运体：各种交通工具研究对象：交通工具的时空分布对于城市交通，在完成了交通工具选择的方式划分之后，重点研究城市交通网络中车辆的微观流动特性和宏观分布规律微观流动特性：司机的驾驶行为（以动量方程描述的加减速反应），揭示速度、密度和流量三个参数之间的瞬态和稳态关系，再现各种交通拥堵现象的发生过程：比如，因扰动（并线、换线、抛锚、追尾）产生的拥堵的形成与消散过程，因不合理信号控制产生的路口拥挤，因基建施工和临时社会活动产生的拥挤，还有因非线性、奇怪吸引子产生的

3、拥挤“幽灵”，等等。宏观分布规律：交通需求在网络上的实现过程，出行者是如何决定出发时间的、如何选择路径的、最后导致怎样的路段流量分布。将巨大的微观离散个人决策结果转化为网络宏观聚集现象，即从微观拥堵到宏观拥挤的转变过程。研究难度：自适应、动态、反馈、多行为主体、非线性是交通流的基本特征，积累效应、奇怪吸引性、开放性进一步加深了交通流问题的复杂程度。不仅使交通科学家绞尽脑汁，也引起数学家、物理学家和经济学家的关注，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家们发现，交通流问题丝毫不比他们研究的现代物理学问题简单。物理学家Kerner、Helbing、Nakayam

4、a、Bando等1990年代以来在：PhysicalReviewE、PhysicalReviewLetter、TransportationResearch-B等著名刊物上发表了许多关于微观交通流研究的论文，有的论文还发表在Science和Nature上。交通科学家、数学家和经济学家关于交通流、特别是网络宏观交通流分布研究的论文则主要发表在著名刊物：TransportationResearch-B、TransportationScience上，如，Herman（美国科学院院士）、Allsop（英国皇家工程院院士）、Newell（美国科学院院士）、Vickr

5、ey（诺贝尔经济学奖获得者，提出了著名的交通瓶颈排队模型）、Arnott（美国著名经济学家）等。研究现状与趋势：（I）道路交通流研究的目标：建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型，加深人们对复杂多体系统平衡态和远离平衡态时演变规律的认识，指导规划设计、管理和控制。对道路交通流的研究可以促进统计物理、流体力学、非线性动力学、行为科学和交通工程学等多学科的交叉、渗透和相互发展。道路交通流模型的研究正在迅速发展，取得了不少成果，但还远未达到可以准确描述和模拟交通过程的目标，一些交通拥堵的形成机理还没有被完全认识清楚。道路交通流模型研究方法：微观和宏观微观方

6、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（或粒子跳跃模型）。车辆跟驰理论模拟道路上前后车跟随的单车运动规律，假定驾驶员只对前方车辆的变化做出反应，主要参数是本车速度、与前车的距离和两车的速度差，最基本的跟驰模型是Gazis、Herman和Rothery于1961年给出的，是本领域的奠基文献，1995年Bando等人提出了速度优化模型。最简单的元胞自动机交通流模型是Wolfram于1983提出的，Nagel和Schreckenberg极大地改进了这个模型，提出了著名的NS模型。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

7、车辆的集体平均行为。经典的工作是Lighthill和Whitham（1955）与Richard（1956）独立提出的交通流连续模型，被称为LWR理论。这一理论建立了密度和流量之间的连续方程，可以捕捉交通流激波形成和阻塞疏导等特性，但该理论认为车辆速度始终满足平衡关系，所以它不能揭示非平衡态的车辆运动（如时走时停现象、相变转换过程）。Payne在1971年从车辆跟驰模型出发，得到一个描述加减速的动量方程，该方程与连续方程一起构成著名的高阶连续模型，可以用来研究交通流的许多非线性传播特性。随后，学者们改进了动量方程，包括Ross（1988）、Michalou

8、polos（1993）、Zhang（1998）等。Kerner（1993）在动量