信号交叉口混合交通流干扰机理研究

论文摘要

混合交通是指机动车、自行车和行人混杂在一起的交通，它是我国大多数城市平面信号交叉口典型的交通特征。机动车和非机动车在平面信号交叉口处相互之间的冲突和干扰现象，严重影响了交叉口的通行效率，增加了交通安全隐患。而混合交通是一个非线性、强随机性和时变性的复杂系统，要解决城市混合交通问题，需要对城市道路平面交叉口处的混合交通流进行系统研究。本研究的目的是针对平面信号交叉口混合交通中的机非干扰机制、微观建模方法和非线性特性等关键问题进行深入研究，建立混合交通流的若干微观行为模型，为提高交叉口的通行效率和交通管理提供理论依据。首先，本文对信号交叉口机非混合交通流的干扰机理进行了深入细致的研究，分析了信号交叉口内机非混合交通流的干扰机理及其特性，提出了干扰区和干扰程度的概念，为机非干扰问题的定性和定量分析提供了理论依据。基于非线性跟驰理论建立了右转机动车进入交叉口前的减速模型、在交叉口内的跟随行驶模型和加速驶离模型。通过研究机动车在信号交叉口处的微观行为特性，建立了右转机动车穿越自行车区的行为决策模型。通过分析自行车在交叉口内的纵向前进和横向移动行为特征，建立了单辆自行车在交叉口的减速、停车、加速、驶离和超车等模型，以及自行车群二维微观行为仿真模型。研究了交通流混沌现象产生机理及其动态变化规律，基于混沌时间序列分析理论，提出了一种快速计算短时交通流时间序列最大Lyapunov指数的小数据量方法，并结合庞卡莱截面法对识别结果进行了验证。利用最小覆盖维方法分析了信号交叉口短时交通流的局部分形特性，确定了最小覆盖维数与短时交通流量波动的关系，提出了一种能估计短时交通流量发展和变化趋势的最小覆盖维方法。基于Multi-Agent理论，提出了信号交叉口混合交通流微观仿真系统框架，通过计算机仿真再现了信号交叉口混合交通流的微观动态行为特性，实测数据和仿真分析结果验证了所建模型是正确的。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 混合交通流国内外研究发展动向
• 1.3.1 国内研究发展动向
• 1.3.2 国外研究发展动向
• 1.4 交通流混沌与分形特性研究现状
• 1.5 论文主要内容和结构
• 2 信号交叉口混合交通流机非干扰机理分析
• 2.1 引言
• 2.2 信号交叉口混合交通干扰现象分析
• 2.2.1 两相位信号交叉口机非干扰现象分析
• 2.2.2 三相位信号交叉口干扰现象分析
• 2.2.3 四相位信号交叉口干扰现象分析
• 2.3 干扰区及干扰程度的定义
• 2.4 间隙和延时的定义
• 2.5 干扰特性分析
• 2.6 混合交通流数据采集技术
• 2.7 视频采集技术在混合交通流数据采集中的应用
• 2.7.1 所需调查参数
• 2.7.2 选点原则和步骤
• 2.7.3 实测交叉口类型及观测时间的选择
• 2.7.4 标线及摄像机布置方法
• 2.7.5 视频数据类型和析取方法
• 2.8 右转机动车交通流特性及其干扰机理分析
• 2.8.1 右转机动车干扰机理分析
• 2.8.2 穿越间隙和穿越延时数据分析
• 2.8.3 右转机动车穿越自行车行为决策模型分析
• 2.8.4 右转机动车穿越自行车行为决策模型的选择
• 2.8.5 模型验证
• 2.9 自行车交通流特性及其干扰机理分析
• 2.9.1 自行车到达特性分析
• 2.9.2 自行车速度特性分析
• 2.9.3 自行车行驶特性和干扰机理分析
• 2.9.4 自行车穿越机动车行为特性分析
• 2.9.5 信号交叉口自行车加减速特性分析
• 2.9.6 信号交叉口自行车群特性分析
• 2.9.7 自行车群膨胀消散波模型
• 2.9.8 自行车群速度密度模型
• 3 信号交叉口右转机动车微观行为模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 交通流混沌特性分析的必要性
• 3.3 实测交通流时间序列的混沌特性研究
• 3.4 理论交通流时间序列的混沌特性研究
• 3.5 交叉口机动车短时交通流局部分形特性研究
• 3.5.1 最小覆盖维的定义
• 3.5.2 Hurst指数与最小覆盖维
• 3.5.3 实测短时交通流的最小覆盖维研究
• 3.6 交叉口机动车右转弯微观行为特性分析
• 3.6.1 减速模型
• 3.6.2 跟驰行为模型
• 3.6.3 加速驶离模型
• 4 信号交叉口自行车微观行为模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 信号交叉口路段上的自行车超车模型
• 4.3 信号交叉口自行车无干扰自由跟随模型
• 4.4 信号交叉口自行车二维微观行为模型
• 4.4.1 自行车纵向前进模型
• 4.4.2 自行车横向移动模型
• 5 基于Multi-Agent的混合交通流仿真系统框架研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于Multi-Agent的仿真系统框架
• 5.2.1 信号交叉口混合交通流微观行为仿真系统结构
• 5.3 算法的实现
• 5.4 仿真结果及数据分析
• 5.5 信号交叉口混合交通流机非干扰对策分析
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 附录A 攻读博士期间取得的研究成果
• 附录B 作者简历