道路交通流协同行驶理论与方法

本书旨在总结作者所在团队近10多年来在智能交通领域方面的研究成果，为从事交通工程研究的科研技术人员、高等学校教师、研究生和本科生提供参考。特别是当前的交通拥堵已成为困扰大中城市发展的难题。本书从机理上分析了车辆协同行驶给车流带来的稳定效应和能耗演化机理，提出拥堵抑制方法。希望本书的出版能为我国交通科学管控和合理利用交通系统资源做出积极的贡献。

序
前言
第1章绪论1
1.1道路交通问题日益严峻1
1.2ITS从信息共享进入到智能协同时代3
1.2.1CVIS在日本的发展现状4
1.2.2CVIS在欧洲的发展现状4
1.2.3CVIS在美国的发展现状5
1.2.4CVIS在我国的发展现状5
1.3基于交通流理论的道路交通系统机理认知6
1.3.1现代交通流理论及其研究内容6
1.3.2现代交通流理论的分类7
1.3.3交通流理论的发展历史8
1.4道路交通系统协同行驶理论与方法9
1.4.1协同行驶理论与方法的需求9
1.4.2传统交通流理论的再认知11
1.4.3协同行驶理论与方法研究的意义11
参考文献12
第2章交通流参数特性15
2.1交通流参数15
2.1.1流量15
2.1.2瞬时速度和平均速度16
2.1.3车流密集度17
2.1.4车头时距和车头间距18
2.2交通流参数的统计分布理论18
2.2.1离散型分布模型19
2.2.2连续型分布模型20
2.3交通流基本参数的关系模型23
2.3.1流量速度密度之间的关系24
2.3.2速度和密度的关系25
2.3.3流量和密度的关系27
2.3.4流量和速度之间的关系28
参考文献29
第3章车辆跟驰理论的若干关键问题31
3.1车辆跟驰模型的研究概况31
3.1.1车辆跟驰行为的特征32
3.1.2车辆跟驰模型的分类32
3.1.3跟驰模型的发展概况33
3.2优化速度函数的研究44
3.2.1优化速度函数的类型44
3.2.2优化速度函数的特点45
3.2.3实际优化速度函数的影响46
3.2.4“不现实”的优化速度函数影响50
3.3稳定性问题的研究53
3.3.1局部稳定53
3.3.2渐近稳定55
3.3.3Lyapunov稳定57
3.3.4线性稳定性的对比分析59
3.3.5非线性稳定性62
3.4零动态问题的研究64
3.4.1零动态理论64
3.4.2FVD模型零动态方程66
参考文献67
第4章基于跟驰理论的车辆协同行驶建模71
4.1基于前向观测信息的协同行驶模型71
4.1.1多前车车头间距信息的协同行驶模型72
4.1.2多前车速度差信息的协同行驶模型74
4.1.3多前车车头间距和速度差信息的协同行驶模型75
4.1.4多前车头间距、速度差和加速度信息的协同行驶模型78
4.2基于后视效应协同行驶模型研究86
4.2.1考虑单辆后车车头间距信息的协同行驶模型87
4.2.2考虑多辆后车车头间距信息的协同行驶模型87
4.2.3单辆后车车头间距和速度差信息综合协同行驶模型88
4.2.4考虑优化速度差信息的后视效应协同行驶模型92
参考文献94
第5章基于元胞自动机理论的车辆协同行驶建模96
5.1元胞自动机的构成及特征97
5.1.1元胞自动机模型的构成97
5.1.2元胞自动机模型的特征99
5.2经典交通流元胞自动机模型99
5.2.1一维单车道交通流元胞自动机模型99
5.2.2一维多车道元胞自动机模型105
5.2.3二维道路交通流元胞自动机模型106
5.3基于元胞自动机理论的车辆协同行驶模型107
5.3.1LMDDR模型的提出108
5.3.2LMDDR模型的数值模拟109
5.4LMDDR模型能耗演变机理114
5.4.1车流能耗研究现状概述114
5.4.2能耗的定义及估计公式115
5.4.3能耗的数值模拟及结果分析116
参考文献120
第6章基于宏观动力学理论的路段协同行驶模型124
6.1LWR模型124
6.2单车道宏观动力学模型126
6.2.1密度梯度类模型126
6.2.2速度梯度类模型128
6.3两车道宏观动力学模型130
6.3.1Daganzo两车道模型130
6.3.2两车道耦合效应130
6.4考虑前方多车诱导信息的宏观协同行驶模型139
6.4.1模型的提出139
6.4.2线性稳定性分析141
6.4.3数值仿真142
参考文献145
第7章基于格子流体力学理论的路段协同行驶模型147
7.1经典格子流体力学模型147
7.1.1单车道交通流格子模型147
7.1.2经典的两车道交通流格子模型150
7.2基于前方多个格点信息的协同行驶模型152
7.2.1模型的提出152
7.2.2线性稳定性分析153
7.2.3非线性分析155
7.2.4数值模拟157
7.3考虑前后格点信息的协同行驶模型159
7.3.1模型的提出159
7.3.2结果的分析与讨论160
7.4基于驾驶员延迟效应的两车道协同行驶模型163
7.4.1模型的提出164
7.4.2理论分析和数值仿真165
参考文献170
第8章基于跟驰理论的车辆协同行驶模型自校正方法172
8.1跟驰模型参数标定研究现状173
8.1.1GM模型参数标定173
8.1.2智能驾驶模型参数标定174
8.1.3交通流仿真软件参数标定175
8.2跟驰模型参数标定自校正方法的设计175
8.2.1经典参数标定方法描述176
8.2.2优选似然估计参数标定法176
8.2.3最小二乘参数标定法177
8.2.4自校正参数标定方法的设计179
8.3CI-CF协同行驶模型的参数标定及检验181
8.3.1CI-CF协同行驶模型的参数标定181
8.3.2CI-CF模型参数标定的检验183
参考文献191
第9章基于车辆协同行驶模型的交通拥堵控制方法193
9.1经典交通拥堵控制方法描述194
9.1.1KKH交通拥堵控制方法194
9.1.2考虑前后车速度差的交通拥堵控制方法195
9.1.3基于双速度差信息的交通拥堵控制方法195
9.1.4基于ITS的交通拥堵控制方法195
9.1.5考虑双车头间距的交通拥堵控制模型195
9.1.6无隔离带场景考虑非机动车影响的交通拥堵控制方法196
9.2考虑多前车稳态期望速度效应的交通拥堵控制方法196
9.2.1方法提出196
9.2.2模型稳定性分析197
9.2.3数值仿真201
9.3考虑前后车稳态期望速度协同效应的交通拥堵控制方法206
9.3.1方法提出206
9.3.2模型稳定性分析207
9.3.3数值仿真211
参考文献213
第10章交通信息物理系统215
10.1信息物理系统概述216
10.2交通信息物理系统概述219
10.2.1T-CPS的基本架构219
10.2.2T-CPS层次功能220
10.2.3T-CPS特点221
10.2.4T-CPS的关键技术223
10.2.5T-CPS的应用展望225
参考文献226