基于運動方向變化機制的車輛及行人微觀交通模型研究.pdf

1、擁堵的城市交通已經(jīng)成為我國城市發(fā)展所面臨的普遍性問題，尤其是當(dāng)公共安全災(zāi)害事故發(fā)生時，如何保證大規(guī)模人群在有限的時間內(nèi)疏散到安全區(qū)域，成為一個重大難題。如何解決或緩解城市交通擁堵，已成為當(dāng)前國內(nèi)外交通領(lǐng)域和公共安全領(lǐng)域工作的重中之重。通過計算機模型來研究車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道車輛換道建模和二維行人

2、運動建模，研究的目的是建立能夠客觀反映城市道路車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)性車輛換道模型和行人運動模型，從而實現(xiàn)對車輛交通模型的拓展和對行人動力學(xué)模型的改進(jìn)。
　　為探討交通個體方向變化的一般性機制和建模方法，在第2章，我們首先通過文獻(xiàn)調(diào)研，分析了典型多車道模型中的車輛換道規(guī)則和典型二維行人運動模型中的行人換向機制，總結(jié)出車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)而改變運動狀態(tài)的行為過程，然后將這種行為過程概括為需求產(chǎn)生、環(huán)境評價、決策觸發(fā)和方案執(zhí)行四個階段，進(jìn)而提出:交通個體的換道或換向建模過程實質(zhì)上就是對這四個階段進(jìn)行建模的過程。
　　為建立能夠客觀、真實反映城市道路交通流特征或規(guī)律的車輛換道模型，在第3章，我們分別針對車道限速的城市道路典型特點、交通瓶頸下自由換道與強制換道并存的特點和車輛換道的時間過程特征，建立了考慮車道限速的自由換道模型、耦合自由和強制換道的復(fù)合換道

4、模型和考慮時間過程的換道模型，并開展交通觀測實驗對模型進(jìn)行了對比驗證。模擬和實驗研究表明:1）存在使車輛產(chǎn)生非對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）高速車道的速度優(yōu)勢會因換道行為而損失嚴(yán)重，導(dǎo)致“快而不快”;3）中、高車流密度下的頻繁換道行為會降低道路總流量，導(dǎo)致交通流總體“欲速而不達(dá)”;4）交通瓶頸前的強制換道行為促使上下游車輛換道更加頻繁，并對上游一定范圍內(nèi)的車輛有減速效應(yīng)，延長車輛個體的行程時間;5）換道頻率隨交

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

6、決策和方向選擇的問題;在總結(jié)行人速度調(diào)整和方向變化機制的基礎(chǔ)上，我們建立了考慮“視野場阻”的連續(xù)性行人運動模型，并通過國內(nèi)外研究人員的實驗結(jié)果對模型進(jìn)行了對比驗證。實驗和模擬研究表明:1）行人的運動速度與其前方相鄰行人的運動速度之間存在強相關(guān)性，行人有與前方相鄰行人保持運動速度同步的趨向;2）行人的換向具有隨機性，換向概率隨著與障礙物的距離減小而增大;3）考慮“視野場阻”的行人運動模型能夠合理準(zhǔn)確地描述行人運動系統(tǒng)的特征和規(guī)律;4）車輛