● 摘要
交通堵塞常见于来自不同方向或具有不同目的地的车流产生了冲突，本文选取几个典型的冲突区域，考察这些区域交通流的非线性特征，从道路的几何构建和驾驶员的行为特点来探究堵塞的成因，并在此基础上提出控制与优化方法，建立新的智能化交通流模型，以期进一步丰富和发展交通流理论，为城市交通系统的规划与管理提供理论基础和科学依据。本文的研究工作主要从以下几个方面展开：首先，对两种常见结构的城市快速路系统建立了元胞自动机模型，讨论其辅路、出入口匝道、主路的交通流特点。文中在不同类型的路段定义了三种不同的换道规则，对单、双车道的情形，计算了经历主路、辅路、匝道的不同路径的通行时间，归纳了流量的演化机理。接着，对上述城市快速路系统，分别采用激进的换道规则和保守的换道规则，研究了出口和入口匝道附近的交通流相变问题，该模型可以再现由于换道规则或道路设置不同时导致的各种相变，由此揭示此类区域的交通流本质和堵塞机理。其次，设计了一种新型的高速公路入口匝道车流的信号灯控制方法，探讨简单方便而又效果显著的实时交通控制方案。该模型所提出的控制方法是在高速公路主路上、入匝并道区附近选择一路段作为实时监测车辆数的区域，文中定义了利用反馈车辆数作为主要指标的信号灯实时调节计算公式。模拟分析表明，测定区域位置、抑制入匝车流量以及并道区长度的不同组合可以导致不同的主路和匝道交通流，合理搭配这三个参数可以兼顾主路和匝道的流量和通行时间。然后，继续交通控制与优化建模，考虑了城市街区由于信号灯作用而引起的停车及怠车问题。引入了一个速度诱导策略：在两个相邻的信号灯之间设置速度探测器，经过探测器的驾驶员会接收到一个建议速度提示，按此速度行驶可以尽量避免遭遇红灯同时又保证速度。该模型尝试了对车流实行强行控制与对单个车辆实施诱导并让其自由选择服从与否两方面结合来优化交通的方案，效果比较显著。最后，利用非线性映射模型考察了信号灯和车站交互作用下的T型路口交通流特性。分析了车流出现的串现象，研究了车站位置、信号灯周期与绿信比以及转弯规则等因素对通行时间、基于点的流量的影响。模拟结果对于T型路口的信号灯参数及车站位置设置有重要的参考价值。