基于完全非对称简单排它过程(TASEP)的典型道路交通流研究

Traffic flow theory plays an important role in explaining the traffic phenomena, analyzing the traffic problems and guiding the traffic management. This project plans to disclose the influence mechanism of coupled road and junctions on the traffic flow and to obtain the traffic flow theory of the typical roads by investigating the TASEP models of the typical roads. Based on the massive empirical observation data and the structure of two-lines with crossroad/roundabout, the models of TASEP are built. The mean field theory and numerical simulation are carried out and verified mutually to calculate the models and gain the traffic current and density of the typical roads. The effects of different traffic parameters on the traffic current, density and phase are explained. By analyzing the traffic flow diagrams, spatial-temporal diagrams and the property of synchronized flow, to figure out the generation mechanism of synchronized flow and the mechanism of phase transitions between free flow, synchronized flow and wide moving jam. The properties of flow phase transitions and the complexity of traffic flow are revealed. In addition, the inner evolution law of traffic flow and the reason of traffic congestion on the typical roads are also illustrated. It provides scientific support for planning and management of traffic systems.

交通流理论研究对于解释交通现象、分析交通问题和指导交通管理具有重要指导作用。本项目旨在通过对典型道路交通流模型的研究，揭示道路间的耦合与源汇点共同作用下的交通流特性，形成典型道路交通流理论。根据交通实测采集的交通流数据与双通道十字路/环形路的结构特点，建立完全非对称简单排它过程（TASEP）模型，利用平均场理论和计算机模拟相互检验的方法解析模型，获得典型道路交通流的流量与密度，探索不同交通流参数对交通流流量、密度及相图的影响规律；并通过分析交通流基本图、时空图及同步流速度特性，揭示同步流产生机制，探究自由流、同步流以及宽运动堵塞相三相的相变机制，阐明交通流相变特性及复杂特性，剖析交通流内在演化规律及典型道路产生堵塞的原因，为交通出行和交通系统的规划管理提供科学依据。

作为城市路网的典型道路结构，环形路和十字路交通流引起人们的广泛关注。本项目通过实测数据、TASEP交通模型、理论分析以及计算机模拟的方式对环形路和十字路交通流进行研究。实测数据表明单向车道数量越多，换道的次数（频率）越大，换道次数与时间基本成线性关系。在交通量很小的时候，随着交通量的增加，换道次数在增加，当交通量达到285veh/15min的时候，换道率达到最大值。随后，换道次数随交通量增加急剧下降，这表明道路堵塞状态发生，车辆已经很难换道，从而导致换道次数的减少。通过理论和计算机结合方式对环形路和十字路交通流探究发现，车辆在运动的过程中离开路网进入匝道，会导致当前道路的流量增加，降低了当前道路的粒子密度，降低了路网产生拥堵的可能。通过引入簇理论对模型进行优化，优化后的模型的理论结果与模拟结果十分接近。因此，在考虑进入权限和限速条件时，一定要对模型进行优化，这样才能保证我们模型获得的理论结果与实际更加接近。此外，在车流运行过程中，速度扰动和速度峰是传播方向相同而作用相反的两种相互竞争的作用。当速度扰动的传播速度大于速度峰的传播速度，则局部同步流加速向上游传播，若相反，则同步流会在向上游传播过程中逐渐消散。