（车辆工程专业论文）路面停车对交通流影响的研究.pdf

摘要 在我国车辆逐年递增而配套的停车位容量不足的前提下路面停车成为目前的需要。面 对路面停车带来的一些影响，本论文对此进行深入的研究，提出了一些理论分析和结果，并 对结果进行了计算机处理和应用。为停车问题的发展提供了理论上的支持。 首先对国内外的研究现状进行的客观的描述和分析，对路面停车问题，目前的交通研究 现状进行了阐述与研究。 通过研究分析，将路面停车问题定义为对路边停车车辆的研究。于是在最可能路边停车 的普通公路车道和非机动车车道上停车车辆的情况进行了细化和深刻研究。细化的结果是， 停车车辆静止状态对交通的影响，离散状态下的停车车辆运动，连续状态下的停车车辆运动。 停车车辆对非机动车的影响。 明确研究内容后，在停车车辆静止的情况中利用对道路通行能力的修正得出模型：在离 散状态下的车辆运动中采用泊松分布，得到对路上车辆造成延误的模型：在连续状态下的车 辆运动使用交通波模型进行再应用和处理，得到该情况下的延误模型；在非机动车车道上着 重研究了自行车的服务等级，评判通行能力。 最后在前面模型的基础上，利用计算机建立路面停车系统仿真，得到一个客观结果。极 大的方便了以后使用者和决策者。为路面停车的设置安排提供了理论支持。 关键词：路顽停车，道路通行能力，交通延误，非机动车道服务等级，仿真。 a b s t r a c t f o rt h er e a s o no fn o te n o u g hp a r k i n gs p a c e sp r o v i d i n gf o rt h ei n c r e a s i n gv e h i c l e si nc h i n a ， r o a d b yp a r k i n gb e c o m e sas o r to fp a r k i n gn o w f a c i n gt h e s ep r o b l e m sb r o u g h tf r o mr o a d - b y p a r k i n g ，t h e r ei sad e e pr e s e a r c hi nt h ep a p e r ；s o m ea n a l y s i sa n dr e s u l t sa r ep u tf o r w a r da n df u n a n da p p l i e di nt h ec o m p u t e r t h i sw o u l ds u p p l yaa c a d e m i cs u p p o r tf o rp a r k i n gp r o b l e m f i r s t ，d e p i c ta n da n a l y z et h es t a t u sq u oi nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h ，i n c l u d i n g r o a d - b yp a r k i n gp r o b l e ma n da c t u a lt r a n s p o r tr e s e a r c h b yt h er e s e a r c ha n da n a l y s i s ，r o a d b yp a r k i n gp r o b l e mi sar e s e a r c ha b o u tv e h i c l e sp a r k i n gi n t h er o a d s i d e s ot h ep r o b l e mo fv e h i c l e sp a r k i n go no r d i n a r yr o a d w a ya n dn o n m o t o r - v e h i c l e r o a d w a y , w h e r er o a d - b yp a r k i n gi so f t e no c c u r r e d ，i sf r a c t i o n i z e da n ds t u d i e d t h er e s u l tb y f r o c t i o n i z e di st h et r a f f i ce f f e c tc o u r s e db yp a r k i n gv e h i c l e si ni m m o b i l es t a t e t h e1 0 c o m o t i o no f p a r k i n gv e h i c l e si nt h ed i s c r e t es t a t e ，t h el o c o m o t i o no fp a r k i n gv e h i c l e si nt h ec o n t i n u o u ss t a t e ， t h ee f f e c to fv e h i c l e sp a r k i n go nt h en o n - m o t o r - v e h i c l er o a d w a y a f t e rc l e a r l yk n o w i n gt h ec o n t e n ti nt h er e s e a r c h ，m o d e li sg i v e nb ym o d i f y i n gt h ec a l c u l a t e o fc a p a b i l i t yo fr o a d w a yt r a n s p o r t ，w h e nt h ep a r k i n gv e h i c l e ss i t u a t e di ni m m o b i l es t a t e ；t h e m o d e lo fd e l a yo fv e h i c l e so nt h er o a dc o u r s e db yp a r k i n gv e h i c l e ，i sf o u n db yu s eo fp o i s s o n d i s t r i b u t i o n ，w h e nt h ep a r k i n gv e h i c l e ss i t u a t e di nt h ed i s c r e t es t a t e ；t h em o d e lo fd e l a yo fv e h i c l e s o nt h er o a dc o u r s e db yp a r k i n gv e h i c l e ，i sf o u n db yu s eo ft h et h e o r yo ft r a f f i cf l o w , w h e nt h e p a r k i n gv e h i c l e ss i t u a t e di nt h ec o n t i n u o u ss t a t e ；m o s t l yd e p e n d e do ne s t i m a t i n gs e r v i c eg r a d eo f b i c y c l e so nt h en o n - m o t o r - v e h i c l e ，c a p a b i l i t yo ft r a f f i ci sj u d g e d a tl a s t , o nt h eb a s i so ff o r m a la n a l y s i s ，t h er o a d - b yp a r k i n gs y s t e mi ss i m u l a t e db yu s eo f c o m p u t e r , a n da no b j e c t i v er e s u l ti sg a i n e d t h e s er e s e a r c h e sh u g e l yh e l ps u b s e q u e n tu s e r sa n d d e c i s i o n - m a k e r sa n dp r o v i d ea na c a d e m i cs u p p o r tf o rt h es e t t i n ga n da r r a n g eo fr o a d - b yp a r k i n g k e yw o r d s ：r o a d b yp a r k i n g ，c a p a b i l i t yo fr o a dt r a n s p o r t a t i o n ，d e l a yi nt r a f f i c ，g r a d eo fs e r v i c ei n n o n - m o t o r - v e h i c l er o a d w a y , s i m u l a t e 独创性声明 v7 7 4 0 6 2 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名i 孵时间：觚年孑月谚日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 i 钕锫 时间：咿厂年；月日 导师签名：霹露 帆砂r 年；月谚冗 中盈农业大学硕士学位论文 前言 前言 交通问题是当今世界人们普遍关注的重要问题之一，交通问题所带来的危害日益严重地 影响到人们日常生活与社会经济的发展。交通流理论是分析和规划交通问题的必备手段，而 交通仿真将计算机技术与交通流理论相结合，更好的解决交通各个领域的实际问题，逐渐成 为人们目前研究的重点。 本文针对路面停车的交通问题现状，利用交通流理论和计算机技术，对建立模型和计算 机仿真问题进行了探讨与研究，以期为路面停车问题的理论分析提供有益的帮助。路面停车 包括很多情况，本论文主要解决路边停车时对交通流造成的影响。 交通问题包括很多方面。本课题研究主要致力于路面停车问题。随着车辆使j = | j 数量的逐 年增加，配套的停车位却远远滞后于需要。因而路面停车成为一种当务之需，路面停车对交 通流影响的问题也随之出现。 第一章国内外研究现状 1 1 路边停车交通理论研究现状 在车辆不太多的时代，车辆开到哪里就停在哪里，对路上行驶着的车辆没有多大影响，停车 不成为问题，所以不会受到重视。随着车辆的增长，原有的道路越来越不能满足交通量增长的需 要。路上随便停车，对行驶车辆的影响也越来越严重，停车问题开始受到人们的重视，人们才逐 步认识到必须研究停车问题。从规划及管理上采取解决停车问题的对策，就是要对有限的道路交 通空间的考虑，在行驶车辆与静止车辆间作合理的安排与分配。我国目前正处在交通大发展时期 面临着与过去遗留下来的道路贫乏的局面，在综合治理“交通难”的问题中，“停车难”、“行车 难”是一对连体兄弟必须同时治理，才能双双见效。 当前，很多文章和书籍介绍了停车场的规划和设计，停车场包括路边停车场和路外停车场或 者划分为机动车停车场和白行车停车场。其中存在的问题是： ( 一) 停车设旆严重短缺，特别是城市中心的商务区。主要表现在： 1 停车用地比例偏小 2 停车场、库的建设严重滞后； 3 出租车没有固定停车场。 ( 二) 严重违章导致停车秩序混乱。主要表现在 1 单位停车违章占用，有的甚至把原有的停车场和库移作它用，让车辆停放在道路上： 2 法制观念不强，停车混乱。不按标志、标线指定位置停车，互相干扰，造成交通阻塞混乱。 ( - - ) 停车管理措施尚不够完善。主要表现在： 1 随便占用道路的习惯尚未改变，尤其是在中、小城市或大城市边缘； 2 管理力量不足，管理设施落后。 ( 四) 收费制度不完善，尚未制定出一套可以充分发挥现有停车设施效益的科学收费标准。 ( 五) 对自行车停车管理重视程度不够。自行车停车场占用人行道、盲目现象严重，对白行车 停放管理措施不得力导致乱放乱停。 城市交通问题中有交通速度、车祸、公共交通高峰时间拥挤、公共交通非高峰时间乔客稀少、 步行人困难、冲击环境、停车困难等几个方面。它们之间都是相互彤响的。处理一类问题势必影 响到其他几类问题。因此处理停车问题时，应该综合考虑它们的相互影响。停车设施的规划应 与城市交通总体规划相协调，符合城市交通发展的战略。例如，当城市交通确立以发展公共交通 为主，同时抑制小汽车的发展时，停车设施的需求量就要小得多，觌划和建设就有了依据，实施 起来就容易得多。在城市的发展战略和交通总体规划确定以居，才可羞手停车设施的规划。这些 问题存在的主要原因是： ( 一)城市中心区人口、经济和商业、文化活动高密度密集，高度集中的交通需求与严重短缺 的交通用地形成矛盾。 一2 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究现状 ( = ) 路内、路外停车设施布局不够合理。市中心路内、路外停放泊位在客量分配、地理位置、 服务设施、停放可达性等方面不够合理。 ( 三) 道路交通管理上，对停车( 包括自行车) 管理长期遗留下来的放任态度尚未彻底改变， 尤其在中小城市。 问题提出了，原因发现了，但是解决问题却是不易的。因为几乎所有的问题都包含了这三个 原因。解决问题就需要考虑方方面面需要将问题进行细化，一一拆开，再一一解决。现在，国 内外有很多这方面的研究成果和正在研究的内容，尤其是停车场的位置和建造，相关的企业从书 这方面的设计和生产。加速了这些停车技术的进步。 西方发达国家解决城市停车问题的途径为：一抓建设、二抓管理。在停车设施建设方面，根据 停车需求狠抓了车主自各车位这个环节。停车需求与城市人口相关，因随城市人口的增长而增跃。 据有关文献介绍，美国6 0 年代通过对6 7 个城市的停车调查研究表明，百万以上人口的城市其停 车需求是5 0 一1 0 0 万人口城市的1 8 倍，是2 5 5 0 万人口城市的2 2 倍。是1 0 一2 5 万人口城市 的5 8 7 倍。美国由于狠抓了车主自备车位这项措施，自备车位水平高达1 0 0 ，路边停车仅占1 6 。 日本对停车设施建设也十分重视，路边停车日趋减少，现己下降到占总公共停车位的1 3 ，属于 逐步取消范畴。在对停车设施的管理方面，建立起套可靠、准确、及时和灵活机动的停车引导 信息系统。停车管理系统逐渐在全世界引起人们的注意和研究。美国是第一个停车引导系统投入 使用。从最近的一份资料获悉，德国已有3 0 多个城市拥有自己的停车管理系统，其中一半是9 0 年代安装使用的，英国则已有2 0 多个城市使用停车管理系统。停车管理系统分为两部分，一部 分是停车引导系统，另部分是停车换乘系统( p a r k - - a n d - - r i d es y s i e m ) 。它的功能是为驾驶员 提供停车泊位倍息。使其迅速找到当时当地最适合的停车位置。系统的开发对于改善停车难的状 况，提高城市交通系统的效率与功能有重要意义。 我国城市停车设施建设现状为了加强对全国城市停车设施规划、建设、管理工作的规范和指 导，1 9 8 8 年公安部、建设部曾联合颁发了停车场建设和管理暂行规定和停车场规划设计规 则。以两部的“暂行规定”为基础，各地纷纷研究制定适合地方自身需要的停车设施规划建设 管理规定和建筑物停车设施配建标准。许多城市还制定了自己的停车场规划并根据规划建设了一 些停车场。但所有这些努力，并未从根本上扭转各城市路外停车设施供给的紧张状况。车辆增长 是导致停车需求增长的最重要因素。除了配置车辆的专用停车位外，还应满足车辆行驶中产生的 停车需求( 公共停车泊位) 。如果与此相对照，我国各大城市的现状停车场地是杯水车薪。以天津 为例，天津中心城区机动车保有量约3 2 5 万辆( 为小汽车标准车) 。但只有停车场( 包括机动车、 非机动车混合停车场) 1 1 4 0 处，停车泊位4 9 3 万个，占地面积5 & 9 0 万i t l 2 。其中占用道路泊位 4 0 3 万个占用道路面积2 9 4 万1 1 1 2 。城市静态交通设施的严重短缺泌然导致车辆在道路上乱停 乱放t 不仅直接影响动态交通的行车秩序，造成交通拥堵，而且容易引发交通事故。 同时很多相关院校和科研单位也进行了研究和分析。哈尔滨工业大学交通科学与1 二程学院有 对城市中心区路边停车管理问题进行了探讨，着重对停车管理中的停车管理机构、停车收费、停 车法规和管理手段进行了分析。些书籍提出停放车需求分析，停放车需求预测、停放车需求分 析的目的是为规划泊位预留提供依据 停放车需求分析的目的是为规划泊位预留提供依据： 1 为停放车用地规划提供基础参数：停放车用地的面积预留，应依据需求分析计算出的泊位数。 中国农业大学硕士学位论文 第一章国内外研究现状 供给量的确定主要依靠土地供给的可能性、停车方式、停车设施容积率确定，对停车泊位的 需求分析，要应用供需平衡分析的理念，对应的需求量的分析。 2 为停放车需求与供给战略选择提供基础：一旦供应满足需求的停车模式选择受阻停车问题 及其影响的复杂化会急剧上升，将是城市规划、管理部门工作难度增大，需要他们更为系统 的配合才能使城市的日常状况效率较高。 3 为城市交通需求管理提供依据 其中对停放车需求预测进行分类，以期人们通过这些分类对停车的分析研究细化，更加全面 的考虑停车对各种情况的影响。 1 基于使用性质的分类；市内公共停车需求，市内配建停车需求城间公共停车需求，城间个 体停车需求 2 基于适应范围的停车需求分类：城市总体需求局部区域需求，微观用地需求 3 基于停车场位置的分类：路上停车场，路外停车场 4 基于收费状况的停车场分类：收费停车场和一般停弗场 现在，本论文将研究方向放在路边停车的问题上，为问题的解决提供理论分析的支持。 路边停车，在城市中是一种常见的停车方式。允许路边停车时。停车到达和停车出发在一定 时间内会使道路通行在停车出入的地点中断，在这段时阃内到达该点的车辆受到阻滞，造成延误 从而便路段交通流的行车延误上升，路段的服务水平下降。 路边停车通常占用一部分机动车道、慢车道( 或巷道) 或人行道。其优点在于：停车方便， 周转快，利用率较高；其缺点在于：降低道路容量，导致交通拥挤。鉴于路边停车弊大于利的特 点t 原则上应逐步取消。但在许多城市路外停车设施严重短缺的情况下，可在不严重影响交通的 前提下允许设置少量的路边停车泊位，同时配以严格的限时和收费等管理措施。通常，路边停 车包括路边存车和路边临时停车。 目前国内提出了相关的设计原则和设计方法，不仅仅有机动车和非机动车的路边停车设计， 甚至还有出租车临时停靠点的设置以及公交汽车的交通设计。并且很多内容涉及停车场的规划和 设计。同时将路边停车也划分在停车设施里。路边停车场的定义是：在道路的用地控制线( 红线) 以内划定的供车辆停放场地，包括公路路肩、城市道路路边较宽的绿化带内、人行道外绿地圈划 的临时停车车位或利用高架路、立交桥下的空间停放车辆。路边停车在世界许多大城市仍占相当 大的比重，其特点是：设置简单、使用方便、用地紧凑、投资少，最适宜车辆i 临时停放。其缺点 是减少了道路的有效宽度和容量，干扰车流，易发生事故。 路边停车设计应依据道路嚼布局和交通组织要求进行，同时考虑交通流量、车道数、道路宽 度、路1 ：3 特性、公共设施及两侧土地使用状况等因素。原则上，凡存车会影响交通安全与通畅的 地点，均应禁止路边存车。某地点能否允许路边存车，取决于该处的道路条件及行车与存车需求 的相对重要性，具体来说有如。f ) l 点原则： 1 在交通性干道、需要整宽都用于通车的道路上，应禁止路边存车。 2 在住宅区、办公中心、商业区等，需要大量存车地区，尽可能提供路边存车空间。 3 在市中心区，除尽可能在路边划出允许存车的地点外，尚必须在存车时间上加以严格限制， 以提高这些存车地点的存车周转率。 4 在两交叉口距离较近的情况下，设置路边停车的车位耍保证不影响交义口排队。 中国农业大学硕士学位论文第一章屠内外研究现状 5 确定允许存车地点，一般可采取“排除法”，即首先把那些禁l e 存车的地点划出来。其余就 划为允许存车的地点。在此基础上，遵循设置存车点后路段通行能力与路口通行能力相匹配 的原则，进一步筛选存车设置地点。 现在已有的介绍只是对路面停车设计提出了一些具体要求，但为什么路面停车会影响交通， 怎样影响。影响的评价方式是什么。都没有相关的探讨和分析。此外的一些著作和研究成果里提 到的停车问题，更多有关停车场的规划和设计，对路边停车问题没有相关的说明。 国内的一些科研院所和大学对路面停车对交通流的影响有过相关的分析和探讨，尤其是东南 大学，在这方面有深入的研究。但是，其主要针对双向两车道的垂直停车。而本论文将对双向四 车道的水平停车情况进行研究，分析内容也将更全面细致。 国外的现状和国内不同，城市人1 ：3 密度小丁：中国城市，并且很多国家采用的是单行道，设计 路边停车时一定是按时收费的停车。路边停车总归是对车流有很大的影响，所以在停车问题上， 主要研究路外停车场的规划和设置。对路边停车如何影响了交通流的问题没有进行深入的分析。 也仅仅是提出允许设置路边停车的条件规则，对具体影响方式影响内容没有进行深入的分析探 讨。 很多人认为没有必要进行如此详细的路边停车影响方式和影响内容的研究但是路边停车总 是不可避免的停车方式，不仅是现在，也是将来。应该有相关的研究和讨论。为道路的规划和设 置提供参考和支持。 路边停车场的设置总体来说是弊大于利。因此原则上应逐步禁止路边停车以增加道路容量， 但在许多大城市，路外停车设施严重短缺的情况下，路边停车又传统的给人最短步行距离、方便， 故在不严重影响交通的情况下，允许开放路边停车。规划时应考虑交通流量、路口特性、车道数、 道路宽度、单、双向车道、公共设施以及两侧土地使用情况等。并且提出了设置路边停车场与道 路宽度的关系，以及设置路边停车场与道路服务水平的关系。这些都为路面停车的设置提供了依 据，但是为什么是这样，如何得到这些结果的，相关文献以及资料都没有提到，所以本论文将从 停车的一系列动作逐步一细化进行深入的分析和探讨。将道路停车的状态分为静止和运动两 种。静止是指车辆已经停靠在路旁，影响道路通行能力；运动是指车辆正在执行停车到达和停车 出发的状态。在这两种状态下，进行深入的分析，将路面停车对交通流的影响进行研究。 1 2 课题主要研究内容 停车包括车辆到目的地后的存车( 分路边停车和路外停车两种) ，与上下乘客、活装卸货物 及其他原因所需的临时停车。其中包括路边停车。路边停车是城市中常见的一种停车方式，而停 车到达和停车出发对路段交通流造成的延误，i 1 前还尚未有明确的数学模型和计算方法，针对双 向四车道的道路采用路边平行式停车方式的情况，本文建立了计算停车i 达和出发导致路段交通 流延误的模型和公式，就这一问题做出了初步的探索。路段交通流延误的分析计算可用于为评价 路段服务水平提供依据。路边停车对交通流的影响有2 方面，一方面是占用道路面积，使道路的 通行能力+ f 降：另一方面是停车到达和停车出发对路段交通流造成的干扰，导致延误。对于第一 个方面，可以根据路面有效宽度与通行能力的关系，计算道路通行能力下降的人小。而第二方面， 中国农业大学硕士学位论文第一章周内外研究现状 现有的数学模型和计算方法不够完善。本论文着重希望尝试建立模型和算法来计算路边停车对路 段交通流的延误。 在对路段的服务水平进行评价时通过掌握路边停车对交通流干扰的程度，可以更准确的预 测道路交通流行车延误的大小从而更准确的确定路段的服务水平。在交通管理方案实施前后， 需要进行网络交通流的模拟这是交通管理规划的核心内容，而正确的确定路阻，是路网配流是 否与城市交通流相符合的先决条件。掌握路边停车对交通流干扰的程度对正确的确定路阻具有 重要的意义。 总之，为了解决路面停车对交通流影响这个问题，本论文将从交通微观仿真方面着手进行处 理，解决当前所提出的一些问题。同时，路面停车的路段交通流延误的分析计算可川丁_ 为评价路 段服务水平提供依据；根据具体路段受干扰的程度为是否允许路边停车提供决策依据：在进行 交通分配时，确定更合理的路阻。 首先选定路面作为研究基础，为建立模型设置初始条件。路面选定的条件如下： 1 城市中路面停车现象经常发生的地点。 2 路面停车的原因比较明显。 3 双向两车道的道路。 其次，将得到的数据整理，并对其分析，得出结论。 然后建立模型。静t l - 状态下，对占用道路面积，使道路通行能力下降的方面进行分析研究， 采用离散模型。停车车辆静止条件下，车辆占用路面，降低了路面的实用率，计算路面的通行能 力。运动状态下，停车到达和停车出发对路段交通流造成干扰，导致延误，采用连续模型。停车 车辆运动条件下，停车车辆对后面车队造成的排队现象的研究计算车队的行驶密度和排队的长 度。 接下来用采集数据验证模型。说明模型的描述与实际情况相符合。值得我们借鉴。 最后本论文将在p c 机上建立软件模型，形成仿真模型。 1 3 交通流理论基础 随着社会的快速发展人们对交通的需求越来越大，交通运输问题也变得日益严重，无论发 达国家还是发展中国家，道路拥挤，交通事故频发。在这种情况下，智能交通系统( i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 成为全球科技研究的热点之一。它的基本内容是把电子、通讯、自动控制 等多学科的高科技综合起来，从而把交通系统达到高效、安全、低公害和耗能少的目标。交通流 模型至今己发展了半个多世纪，按照规模划分为宏观模型与微观模型；按照理论划分有流体动力 学模型、气体动力学、跟车理论、元胞自动机多种。但这些模型有一个共同特点，就是：它们都 是按照发达国家的交通环境而建立的模型以小机动车为主要研究对象，车辆严格按照交通规则 行驶，没有非机动车与行人的干扰。这种情况显然不适合发展中国家，尤其不适合我国的国情。 因此建立能够反映我国混合交通现象的交通流模型是我国发展智能交通系统迫切需要解决的重 点问题。作为一个庞大的项目系统，有些因素无法全部应用到系统中，如果我们将其划分为若干 个子系统进行研究，最后在一个平台上建立联系，则有助于我们加快该系统的全面建立。同时根 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章国内外研究现状 蔓曼| 曼量曼曼皇曹皇蔓ol ip 皇皇邕堂皇曼曼量曼量曼奠皇薯岛曼量罾置墨曼舅 据我们的实验能力，我们将目标具体到混合交通流中的路边停车问题。以此为跳板，为中国的交 通事业添砖加瓦。 交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系。多年来，交通流理论被 ，泛的应用于交通运输： 程的许多研究领域，如交通规划、交通控制、道路与交通工程设施设计 等，应该说交通理论是这些研究领域的基础理论。近些年来，尤其是随着智能运输系统的蓬勃发 展，交通流理论所涉及的范围和内容在不断的茇展和变化如控制理论、人工智能等新型科学的 思想、方法和理论已经用于解决交通运输研究中遇到的复杂问题犹如随着计算机技术的发展， 模拟技术干方法越米越多地被用来描述和分析交通运输工程的某些过程或现象。 交通流理论的发展与道路交通运输业的发展核科学技术的发展密切相关，在交通运输业发展 的不同时期和科学技术发展的不同阶段。根据不同的观点可以对交通流理论进行如下划分： 1 ) 按照时间顺序，交通流理论可以划分为三个阶段。 创始阶段此阶段被界定为2 0 世纪3 0 年代第二次世界大战结束。此阶段的代表人物为格林希而 治( b r u c ed g r e e n s h i e l d s ) ，其代表性成果是用概率论和数理统计的方法建立数学模型，用以描 述交通流量和速度的关系，并对交叉口交通状态进行调查。 快速发展阶段此阶段被界定为第二次世界大战结束志2 0 世纪5 0 年代。此阶段的特点是交通流 理论获得高速发展，并产生了多个分支和学术上的多个代表人物。学术分支包括：车辆跟驰理论、 基于流体力学的交通波理论和排队理论等。此时期造就的代表性人物有：沃德洛尔( w a r d r o p ) 、 鲁切尔( r e u s c h e l ) 等。 稳步发展阶段此阶段被界定为1 9 5 9 年以后。此阶段由于汽车的普及交通问题已经成为世界 各国大中城市越来越严重的问题，需要发展交通流理论来加以解决。1 9 5 9 年举行了第一次国际研 讨会，并确定本次会议为三年一次的系列会议的首次会议。除了这一系列会议以外，近些年来在 世界各国有举行了许多交通运输领域的专题学术年会，这些年会都涉及到了交通流理论。 2 ) 按照研究手段和方法，交通流理论可划分为两类： 传统交通流理论所谓的传统交通流理论是指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基 础的交通流理论，其明显特点是交通流模型的限制条件比较苛刻。模型推导过程比较严谨，模型 的物理意义明确，如交通流分布的统计特性模型、车辆跟驰模型、交通波模型，车辆排队模型等。 传统交通流理论在目前的交通流理论体系中仍居主导地位，并且在应用中相对成熟。 现代交通流理论现代交通流理论是指以现代科学技术和方法( 如模拟技术、神经网络、模糊控 制等) 为主要研究手段而形成的交通流理论，其特点是所采用的模型和方法不追求严格意义上的 数学推导和明确的物理意义而更重视模型或方法对真实交通流的拟台效果。这类模型主要用于 对复杂交通流现象的模拟、解释和预测，而是用传统交通流理论要达到这些目的就显得很困难 传统交通流理论和现代交通流理论并不是截然分开的两种交通流理论体系，只不过是他们所采用 的主要研究手段有所区剐，在研究不同的问题是它们各有优缺点。在实际研究中常常是两种模型 同时使用效果更好。 目前，对交通流理论的定义不尽相同，但归纳各种定义的主要思想，可以给交通流理论下这 样一个定义：交通流理论是研究拄一定环境下交通流随时间和空间变换规律的模型和方法体系。 根据上述定义，交通流理论涉及的范围非常广泛，其研究内容很难一言以蔽之。根据美国的交 通流理论专著1 9 7 5 年版和1 9 9 6 年版的研究内容以及阿道夫梅的交通流理论1 9 9 0 年版研 ， 中国农业大学硕士学位论文 第一章国内外研究现状 | ! 。1 1 1 1 i 。 究内容，可以把交通流理论研究内容划分成如下1 0 个部分： 1 交通流特征lr r a f f i cs t r e a mc h a r a c t e r i s t i c s ) 研究表示交通流特性的三个参数：流量、速度、 密度的调查方法、分布特性及三者之间关系的模型。 2 人的因素( h u m a nf a c t o r s ) 研究驾驶员在人、车、路、环境中的反应及其对交通行为的影响。 3 车辆跟驰模型( c a r f o l l o w i n g m o d e l s ) 研究车辆的跟驰行为、交通的稳定性和加速度干扰等 数学模趔。 4 连续流模型( c o n t i n u o u sf l o wm o d e l s ) 利用流体力学理论研究交通流= 个参数之间的定量关 系，并根据流量守恒原理重点研究交通流理论。 5 宏观交通流模型( m a c r o s c o p i cf l o wm o d e l s ) 在宏观上( 即在网络尺度上) 研究流量、速度 和密度的关系，重点研究路网不同位置( 相对城市中心而言) 的交通流特性。 6 交通影响模型( t r a f f i ci m p a c tm o d e l s ) 研究不同管制下的交通影响，包括交通安全、燃料消 耗和空气质量等。 7 无信号交叉口理论( u n s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nt h e o r y ) 主要利用数理统计和排队论研究无信 号交叉口车流的可差车间隙和竞争车流之间的相互作用。 8 信号交叉口交通流理论( t h e o r yo f t r a f f i cf l o wa ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s ) 研究型号交叉口对 车流的阻滞理论，包括交通状态分析、稳态理论、定数理论和过渡函数曲线等。 9 交通模拟( t r a f f i cs i m u l a t i o n ) 研究模拟技术在交通流分析中的应用，介绍交通模拟模型的 种类和建模步骤。 1 0 交通分配( t r a f f i c a s s i g n m e n t ) 研究交通分配的基本理论和方法以及这些理论和方法应用。 上述这1 0 个方面的内容是前面所提的三部专著中的主要内容，是交通流理论的经典部分， 但还不是交通流理论的垒部内容，近年来交通流理论发展的新内容和新方法并没有反映出来。如 对实时动态交通流预测的有关理论和方法没有明确提及。这也正说明交通流理论的发展需要不断 的去整理并加以系统化，将新的内容不断地补充到交通流理论体系当中来。 交通流理论研究的思想方法 真实交通流具有时间、空间两个变量，同时还受到随机因素的影响，变化规律非常复杂。由 于时间和空间可以无限分割，随机因素很难预测，导致不同时间和空间下的交通流状态很难相同 也就是说，精确的交通流规律很难找到。 交通流理论是整个交通工程学的基础，而交通流模型又是交通流理论的核心内容。所以研究 交通流模型，作为交通工程学的基础研究，具有很大的意义。交通流模型是交通流理论中最基本， 也是最实用的部分它有着广泛的应用，一个有效的交通流模型，使我们对真实交通中的复杂现 象有更好的理解，对采取恰当的控制方法和管理手段都有重要的作用 交通流模型按照目标的不同可以分为很多种，如排队模型，空气污染模型，油耗模型等等；按照 描述程度的不同又可以分为宏观模型和微观模型。 交通源理论是实践性根强的理论，建立交通流模型是为了解释交通现象和解决交通问题，囡 此在建立交通流模型时，不能脱离实际需要而追求形式上的完整和数学上的完善。在这过程中， 应该充分重视两大环节：一是模型结构设计；二是模型参数标定。在第一个环节上，重点研究设 计什么样的模型才能对所关心的交通流现象有一个很好的描述，此环节的关键是对系统的识荆， 也是对所研究对象的充分认识。这种认识越深刻，所建立的模型就越符合实际。在第二个环节上， 8 重点研究如何确定模型中的参数使模型得以具体应用，参数的确定十一项非常具体、细致的工作， 其好坏直接决定了模型的应用效果。 1 4 交通仿真研究 交通微观仿真系统研究是一项内容广、难度大的研究课题，即使是其中的一个子课题的研究 也往往涉及大量的内容和研究工作量。在国外交通仿真技术的研究和实用交通仿真系统的开发日 益广泛的今天，我国的交通仿真尚处于启蒙阶段。因此，在国内开展系统性的交通仿真研究，特 别是面向i t s 应用的研究，是迫切需要的。 仿真技术作为- - f l 独立的科学已有4 0 年的发展历史了，特别是近2 0 年来随着计算机技术、 软件工程控制论、系统论、人工智能技术的迅速发展仿真技术越来越广泛的应用于各个领域。 交通仿真就是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用，是随着计算机技术的进步而发展 起来的采用计算技术子模型来反映复杂交通现象的交通分析方法。 交通仿真是用数学模型复现交通流时间空间变化的技术是对系统动态模型的实验，是工程 设计的辅助工具。设计过程往往是反复试验的过程，仅靠人的经验是不够的，仿真正是给设计者 提供实验设计效果的工具，随着运输系统管理( t s m ) 广义理念和智能交通系统( 1 t s ) 的日益 发展，交通仿真技术在交通管理、交通控制、交通规划和交通设施改造中越来越得到广泛的应用。 交通系统仿真是指用系统仿真技术来研究交通行为，它是- - f 对交通运动随时间和空间的变 化进行跟踪描述的技术。从交通系统仿真所采用的技术手段以及具有的本质特征来看，交通系统 仿真是- - n 在数字计算机上进行交通实验的技术，它含有随机特性，可以是微观的，也可以是宏 观的，并且涉及到描述交通运输系统在一定期间实时运动的数学模型。通过对交通系统的仿真研 究，可以得到交通流状态变量随时间与空间的变化、分布规律及其与交通控制变量间的关系。因 此，交通系统仿真在道路运输系统及其各组成部分的分析和评价中发挥着重要的作用。 交通仿真模型与其他交通分析技术，如需求分析、砼性能力分析、交通流模型、排队理论等 结合在一起，可以用来对多种因素相互作用的交通设施或交通系统进行分析和评估。这些交通设 施或交通系统可以是单个的信号灯控制或无信号控制的交叉口，也可以是居民区或城市中心区的 密集道路网、线控和面控的交通信号系统、某条高速公路或高速公路网、双车道或多车道县( 乡) 公路系统等等。另外，交通系统仿真还可用来分析和评价交通集散地，如停车场、中转站、机场 等的规划设计及运行状况。 相对于其他交通分析技术交通系统仿真技术具有许多优点，如： 不需要真实系统的参与，因此具有经济方便的优点，特别适用于对尚不存在的，如规划中的 交通系统行为的研究。 通过系统仿真，能清楚的了解交通流中哪些变量是重要的，以及它们是如何相互作_ j 的。 不仅能提供交通流参数的均值和方差还能提供时间一空间的序列值。 系统动态模型的时间标尺可以与实际系统的时间标尺不同，因此即可以进行实时仿真，又可 以进行欠时仿真或超时仿真。 对于交通系统中的某些危险情况或灾难性后果，系统仿真是很有效的研究手段，如道路交通 9 1 2 3 4 5 中嗣农业大学硕士学位论文第一章国内外研究现状 事故的仿真研究等。 6 能重复提供同样的道路交通条件，从而可以对不同的规划设计方案进行公正的比选。 7 能不断改变系统运行条件，从而可以预测道路交通系统在各种情况下的行为。 8 能够随时间和空间改变交通需求，从而对道路交通拥堵做出预报。 9 能够处理相互影响、相互作用的复杂的排队过程。 1 0 当交通到达和离去方式不服从传统的数学分布时，可以用系统仿真来解决。 1 1 当其他的交通分析技术不适_ j 时，系统仿真往往能有效地解决问题。 尽管交通系统仿真技术有许多优点，但它决不是包治百病的万灵药，也有许多缺陷平局限性， 如： 1 仿真模型需要大量的输入数据，对丁某些实际问题，这些数据很难或根本无法获得。 2 仿真模型需要验证、标定、进行有效性验证如果忽视了这一点，仿真结果将会失实。 3 建立仿真模型不仅需要大量的知识，如交通流理论，计算机程序设计、概率论、决策论、统 计分析等等，而且需要对所研究的道路交通系统有充分的了解。 4 一些仿真软件的使用者只是的简单的套用其他数据模型，而对于模型的限制条件和基本假设 并不清楚，或将其视为“黑箱”，对其含义并不了解，这极可能导致错误的结论。 以上缺点虽然是由仿真本身的性质造成的，但是随着计算机科学的迅速发展和仿真理论研究 的不断深入，这些问题已经或将会得到解决。一方面，随着计算机硬件技术的改造，计算机内存 已大大扩展运算速度已显著加快，仿真需用的机时有望减少到可以接受的程度。 总的来说，交通系统仿真只是为数众多的交通分析技术中的一个，既不是唯一的一个也不是最好 的一个。交通系统仿真技术对于系统模型有着极强的依赖性，而要建立系统模型，就必然要对真 实系统进行简化和抽象这必然要引起某种程度的“失真”。 根据模型描述程度的不同交通仿真可分为：宏观仿真、中观仿真和微观仿真： 1 微观交通仿真对交通系统的要素及行为的细节描述程度最高，并试图通过真实反映系统中 的所有个体的特性来反映系统的总体特性。例如，微观交通仿真模型对交通流的描述是以单 个车辆为基本单元的，车辆在道路上的跟车、超车及车道变换行为等微观行为都能得到较真 实的反应， 2 中观交通仿真对交通系统的要素及行为的细节描述程度较高。例如中观交通仿真模型对 交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元的，能够描述队列在路段和节点的流入流出 行为，对车辆的车道变换之类的行为也可以简单的方式近似描述。 3 宏观交通仿真对交通系统的要素及行为的细节描述处于一个较低的程度，适用于描述系统 的总体特性。例如，交通流可以通过流密度关系等一些集聚性的宏观模型来描述。像车辆的 车道变换之类的细节行为可能根本就不予以描述。 从以上的介绍可知，宏观仿真适合于描述较为简单的交通总体状况，而中观仿真也只能在一 定程度上模拟交通鼹络的内部运动。但是由于交通系统本身的复杂性，实际路网的交通流特性与 真实的流体特性也存在相当大的差别，因此当对随机性强、干扰复杂的交通流进行仿真时模型 的偏差将会导致其仿真效果的不理想。而且目前，对城市道路改造，交义口的设计、控制，交通 信号配时，路面停车和公交专用道系统中公交车辆的运行情况等敏感性交通设施进行评价分析， 这些均是城市交通中急需解决的问题。因此，对交通微观仿真系统的研究与开发是非常迫切的。 1 m 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究现状 交通微观仿真系统与其它的交通分析方法相比具有非常明显的优势，主要体现在以下几个方 面： 1 模型机制的灵活性与柔软性；仿真模型对系统内各基本要素的变化规律及相互作用关系的描 述与系统的实际运行过程紧密对赢，有利于形成灵活性和柔软性的模型机制； 2 模型描述的灵活性和准确性：微观仿真模型以交通系统最基本的要素如单个的车辆、卞道、 信号灯等为建模单元，因而能非常灵活的反应各种道路年l | 交通条件的影响。另为，微观仿真 模型的形式一般较为简单，但往往就是对实际行为的商接描述，因而也更能反映客观实际： 3 交通分析的开放性：借助于计算机技术，通过良好的用户输入输出界面，模型的运算绵果可 方便地与用户交互，增强了模型应用的实用性和方便性。仿真结果的动画演示的南观性使得 即使是专业人员也能很容易的理解； 4 强大的路网动