基于運(yùn)動(dòng)方向變化機(jī)制的車(chē)輛及行人微觀交通模型研究.pdf

1、擁堵的城市交通已經(jīng)成為我國(guó)城市發(fā)展所面臨的普遍性問(wèn)題，尤其是當(dāng)公共安全災(zāi)害事故發(fā)生時(shí)，如何保證大規(guī)模人群在有限的時(shí)間內(nèi)疏散到安全區(qū)域，成為一個(gè)重大難題。如何解決或緩解城市交通擁堵，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外交通領(lǐng)域和公共安全領(lǐng)域工作的重中之重。通過(guò)計(jì)算機(jī)模型來(lái)研究車(chē)輛和行人交通流的基本規(guī)律是探索解決交通擁堵的重要手段之一，同時(shí)也可為災(zāi)害環(huán)境下的交通和人群疏散方案的制定提供科學(xué)的指導(dǎo)原則。
　　本文研究的主題是城市多車(chē)道車(chē)輛換道建模和二維行人

2、運(yùn)動(dòng)建模，研究的目的是建立能夠客觀反映城市道路車(chē)輛和行人交通基本規(guī)律的微觀模型，基本思想是在一維車(chē)輛跟馳模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建具有統(tǒng)一模型框架的二維連續(xù)性車(chē)輛換道模型和行人運(yùn)動(dòng)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛交通模型的拓展和對(duì)行人動(dòng)力學(xué)模型的改進(jìn)。
　　為探討交通個(gè)體方向變化的一般性機(jī)制和建模方法，在第2章，我們首先通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，分析了典型多車(chē)道模型中的車(chē)輛換道規(guī)則和典型二維行人運(yùn)動(dòng)模型中的行人換向機(jī)制，總結(jié)出車(chē)輛換道和行人換向的相似規(guī)律，即兩者

3、都是由人主導(dǎo)進(jìn)而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的行為過(guò)程，然后將這種行為過(guò)程概括為需求產(chǎn)生、環(huán)境評(píng)價(jià)、決策觸發(fā)和方案執(zhí)行四個(gè)階段，進(jìn)而提出:交通個(gè)體的換道或換向建模過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是對(duì)這四個(gè)階段進(jìn)行建模的過(guò)程。
　　為建立能夠客觀、真實(shí)反映城市道路交通流特征或規(guī)律的車(chē)輛換道模型，在第3章，我們分別針對(duì)車(chē)道限速的城市道路典型特點(diǎn)、交通瓶頸下自由換道與強(qiáng)制換道并存的特點(diǎn)和車(chē)輛換道的時(shí)間過(guò)程特征，建立了考慮車(chē)道限速的自由換道模型、耦合自由和強(qiáng)制換道的復(fù)合換道

4、模型和考慮時(shí)間過(guò)程的換道模型，并開(kāi)展交通觀測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。模擬和實(shí)驗(yàn)研究表明:1）存在使車(chē)輛產(chǎn)生非對(duì)稱換道行為的因素是產(chǎn)生“密度倒置”現(xiàn)象的本質(zhì)原因;2）高速車(chē)道的速度優(yōu)勢(shì)會(huì)因換道行為而損失嚴(yán)重，導(dǎo)致“快而不快”;3）中、高車(chē)流密度下的頻繁換道行為會(huì)降低道路總流量，導(dǎo)致交通流總體“欲速而不達(dá)”;4）交通瓶頸前的強(qiáng)制換道行為促使上下游車(chē)輛換道更加頻繁，并對(duì)上游一定范圍內(nèi)的車(chē)輛有減速效應(yīng)，延長(zhǎng)車(chē)輛個(gè)體的行程時(shí)間;5）換道頻率隨交

5、通流密度增加呈先增后減的趨勢(shì)，且當(dāng)交通流密度在15～35輛·千米-1·車(chē)道-1的范圍時(shí)，換道頻率最大，交通流量降低最顯著。
　　為建立能夠真實(shí)、準(zhǔn)確反映行人交通流特征或規(guī)律的二維行人運(yùn)動(dòng)模型，在第4章，我們借鑒車(chē)輛換道建模的思路及方法，通過(guò)分析單列行人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)獲取的行人期望速度函數(shù)和FVD模型加速方程，解決了行人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度調(diào)整的問(wèn)題;通過(guò)開(kāi)展行人繞行避障實(shí)驗(yàn)獲取的行人換向概率函數(shù)和新引入的“視野場(chǎng)阻”，解決了行人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中方向

6、決策和方向選擇的問(wèn)題;在總結(jié)行人速度調(diào)整和方向變化機(jī)制的基礎(chǔ)上，我們建立了考慮“視野場(chǎng)阻”的連續(xù)性行人運(yùn)動(dòng)模型，并通過(guò)國(guó)內(nèi)外研究人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)和模擬研究表明:1）行人的運(yùn)動(dòng)速度與其前方相鄰行人的運(yùn)動(dòng)速度之間存在強(qiáng)相關(guān)性，行人有與前方相鄰行人保持運(yùn)動(dòng)速度同步的趨向;2）行人的換向具有隨機(jī)性，換向概率隨著與障礙物的距離減小而增大;3）考慮“視野場(chǎng)阻”的行人運(yùn)動(dòng)模型能夠合理準(zhǔn)確地描述行人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的特征和規(guī)律;4）車(chē)輛