优化速度模型的密度波与能耗研究及车辆启动时间实测分析

摘要

交通拥堵及其伴生的能源消耗、环境污染等问题带来了巨大的社会压力和经济损失。如何有效地利用交通资源，改善交通供求关系，以科学的理论来指导交通建设和交通运营，成为国际社会广泛关注的重大问题。近几十年来，不同领域的研究者从不同的角度对交通流的特性进行了分析，建立了许多交通流理论和模型，取得了大量成果。本文在现有交通流微观跟踪模型的基础上，提出了两种基于ITS诱导信息而改进的多重车辆跟踪模型，着重分析了模型的稳定性和能耗关系，并进行相应的理论分析和数值模拟。此外，还进行了实际交通中不同车型车辆启动时间的实测分析。全文的主要工作如下： (1)应用摄动理论分析了非稳定条件下Wilson提出的一种“Multiple Look-ahead”优化速度跟踪模型非线性密度波，推导出用以描述交通堵塞的mKdV方程，相图中理论分析和模拟数值吻合。引用Yuki Sugiyama等人[99]最近做的一项非瓶颈路段交通拥堵的实验证实：交通拥堵绝不是单辆车的行为，是当道路上的平均车流密度超过一个临界值时，即使没有瓶颈、事故或障碍物的影响，堵塞相也会形成。 (2)根据ITS诱导下的合作驾驶车辆跟踪的思想，改进由Nakayama等人提出的BLOV模型而提出多重向前看和向后看的优化速度模型； 并考虑实际交通中合作驾驶车辆对速度差的敏感性，在Wilson跟踪模型基础上，进一步提出多重“向前看”多速度差跟踪模型。应用线性稳定性分析分别导出两个改进模型的稳定性判据，分析了两个改进模型处于稳定区域由速度波动引起的附加能耗，以及在非稳定区域，利用动能定理考察了车流拥堵区域内单辆车的平均能耗情况，理论上证明了车流愈稳定能耗愈低的结论。 (3)考虑司机反应延迟时间对交通流的影响，选取城市十字路口进行不同车型车辆启动时间的实测，得到不同车型车辆的平均启动时间以及启动时间分布。 最后，对全文进行了总结，并指出需要进一步研究的问题。

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第一章概述

1.1交通问题的研究意义

1.2道路交通特性及现象

1.2.1人、车、路基本特性

1.2.2交通现象

1.3交通流理论的研究与进展

1.3.1交通流特性

1.3.2交通流宏观、介观和微观模型

1.3.3交通流跟驰模型发展纵观

第二章一种Wilson跟驰模型的非线性密度波

2.1 Wilson跟驰模型

2.2 MWOVⅢ模型的线性稳定性分析

2.3 MWOV Ⅲ模型的非线性分析

2.4模拟和分析

第三章基于ITS的两种跟驰模型的稳定性和能耗研究

3.1车辆能源消耗

3.1.1影响因素

3.1.2城市交通车辆能源消耗模型

3.2 MFB0v模型

3.2.1稳定性分析

3.2.2能耗分析

3.3多重"向前看"多速度差跟驰模型

3.3.1线性稳定性分析

3.3.2模拟和分析

3.4小结

第四章不同类型车辆启动时间统计分布

4.1测量车辆启动时间的意义

4.2测量方法和数据处理

4.3结论

第五章结论和展望

5.1本文工作总结

5.2交通流研究展望

参考文献

致谢

读硕士学位期间完成的论文