《跟馳理論》PPT課件.ppt

1、4.4 實(shí)驗(yàn)與觀察,本節(jié)討論車(chē)輛跟馳模型是否與單車(chē)道交通特性接近的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)分為兩類(lèi)： 車(chē)輛跟馳模型與空車(chē)道上車(chē)輛跟馳的詳細(xì)測(cè)量相比較，從而得出車(chē)輛跟馳模型一些定量的參數(shù) 宏觀交通流特性實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)诬?chē)道交通流中車(chē)輛速度、密度、流量以及它們之間的相互關(guān)系，尤其是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)穩(wěn)態(tài)流跟馳模型的符合程度,4.4.1 車(chē)輛跟馳實(shí)驗(yàn),最初評(píng)價(jià)線性跟馳模型（Chandler et al. 1958; Kometani and Sasaki 1958），隨后基于跟蹤設(shè)施和公路隧道采用兩車(chē)、三車(chē)、公共汽車(chē)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中，利用時(shí)鐘信號(hào)對(duì)車(chē)頭間距、相對(duì)速度、跟馳車(chē)速度、后車(chē)加速度同時(shí)記錄確保各種變化的同步,實(shí)驗(yàn)分為以下

2、幾種： 1 初步跟蹤試驗(yàn)Preliminary Test Track Experiments。 2 公路隧道試驗(yàn)Vehicular Tunnel Experiments。 3 公共汽車(chē)跟馳試驗(yàn)Bus Following Experiments。 4 三車(chē)試驗(yàn)Three Car Experiments。,5 其他各種試驗(yàn)Miscellaneous Experiment ： a) Kometani and Sasaki Experiments 公式4.58 b) Experiments of Forbes et al c) 俄亥俄州試驗(yàn)Ohio State Experiments d) 康斯坦丁與

3、楊的研究Studies by Constantine and Young,4.4.1.1 車(chē)輛跟馳實(shí)驗(yàn)分析,對(duì)跟馳實(shí)驗(yàn)記錄信息的分析通常將數(shù)據(jù)歸納為相同時(shí)間間隔內(nèi)的數(shù)值，然后利用線性跟馳模型進(jìn)行相關(guān)分析得到兩參數(shù)： 和T。和其它數(shù)據(jù)形式相同，時(shí)間間隔（反應(yīng)時(shí)間）T為離散值。對(duì)指定駕駛員，反應(yīng)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)最大，處于0.850.95的范圍內(nèi)。,(1) Preliminary Experiments,表4.1 圖4.15,(2) Vehicular Tunnel Experiments,公路隧道通常為雙向兩車(chē)道，由單車(chē)道組成，禁超。 目的：調(diào)查非線性模型的合理性 最初獲得了線性模型的參數(shù)值：圖4.

4、16 圖4.17、4.18 用車(chē)頭間距倒數(shù)模型分析，結(jié)果相似。當(dāng)間隔距離相對(duì)較大時(shí)，結(jié)果傾向于支持間距依賴(lài)模型（車(chē)頭間距倒數(shù)模型）,指定l，m的取值具有明顯的趨向，三種模型都有各自的邊緣優(yōu)勢(shì)（l=2,m=1);(l=1,m=0); (l=2;m=0).,(3) Bus Following Experiments,對(duì)22名駕駛員作了以下模型的時(shí)間相關(guān)性分析：線性模型（l=0,m=0）；車(chē)頭間距倒數(shù)模型（l=1,m=0）；速度-車(chē)頭間距平方倒數(shù)模型（l=2,m=1）。 結(jié)果與隧道實(shí)驗(yàn)分析相似：對(duì)所有駕駛員及每一個(gè)模型都是高度相關(guān)的 圖4.19 所有數(shù)據(jù)都落在漸進(jìn)穩(wěn)定區(qū),圖中的一些數(shù)據(jù)為雨天采集，這

5、說(shuō)明駕駛員遇到路面濕滑的情況操作更穩(wěn)定，也表明公共汽車(chē)能形成高度穩(wěn)定的交通流。 車(chē)頭間距倒數(shù)模型及速度-車(chē)頭間距平方倒數(shù)模型的時(shí)間依賴(lài)分析利用敏感系數(shù)、平均速度、平均車(chē)頭間距，通過(guò)公式： 得到估計(jì)值a1,0，a2,1。 圖4.20、4.21,(4) Three Car Experiments,本實(shí)驗(yàn)測(cè)定次最近車(chē)輛（在其前面第二輛車(chē)）對(duì)駕駛員影響的程度，跟馳模型為： 也可以寫(xiě)為： 經(jīng)分析，只有最近車(chē)輛對(duì)跟馳車(chē)有明顯影響，次最近車(chē)的影響很小。,(5) Miscellaneous Car Following Experiments,a) Kometani and Sasaki Experiments

6、 前車(chē)的任務(wù)：勻加速至某速度值然后運(yùn)減速至原速度。任務(wù)是不受外部環(huán)境影響的閉環(huán)，由于任務(wù)的周期循環(huán)特性反應(yīng)時(shí)間可以降低甚至減為零。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了短暫的反應(yīng)時(shí)間：低速時(shí)（2040km/h)0.73s，高速時(shí)(4080km/h) 為0.54s。,結(jié)果還產(chǎn)生了較大的增益系數(shù)，實(shí)驗(yàn)中從所有駕駛員身上獲得的C= T，都超出了漸進(jìn)穩(wěn)定界限，對(duì)數(shù)據(jù)更好的擬合可以利用包含加速度影響的線性模型：,b) Ohio State Simulation Studies 在模擬器上作一系列的試驗(yàn)，建立了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的穩(wěn)態(tài)流模型，其基于駕駛員閾值概念，可以通過(guò)典型的相對(duì)速度紀(jì)錄-車(chē)頭間距簡(jiǎn)單的描述。圖4.22 通過(guò)研究上

7、述加速過(guò)程，獲得了相對(duì)速度閾值以及根據(jù)車(chē)頭間距與觀察時(shí)間的不同閾值相應(yīng)的變化。圖4.23,真實(shí)駕駛環(huán)境下所作的上訴試驗(yàn)，其結(jié)果與模擬器試驗(yàn)結(jié)果幾乎相同，但相對(duì)速度閾值卻低得多。 與在模擬器里駕駛員面前呈現(xiàn)的二維CRT屏幕相比，跟蹤試驗(yàn)的三維視角提供了很多額外的暗示，這限制了實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變化,c) Asymmetry Car Following Studies Hankin and Rockwell 1967采用的模型：刺激包括了與平均車(chē)頭間距偏差、頭車(chē)平均速度偏差及跟車(chē)平均速度偏差成比例的附加條件，此模型認(rèn)為反應(yīng)依賴(lài)于相對(duì)速度刺激的正負(fù)，它具有不對(duì)稱(chēng)性。考慮上述影響的模型如下： i取決于相對(duì)速度

8、大于零還是小于零。,實(shí)驗(yàn)表明，這種不對(duì)稱(chēng)毫無(wú)例外的存在于任何實(shí)驗(yàn)中，-的平均值比+高大約10% 不對(duì)稱(chēng)的原因：車(chē)輛的減速性能比加速性能強(qiáng)；駕駛員對(duì)車(chē)頭間距大或小所采取的反映強(qiáng)度不同。 跟馳理論的不足：頭車(chē)加速至較高車(chē)速再減速至初始速度的循環(huán)過(guò)程中，不對(duì)稱(chēng)性將阻止車(chē)輛減速至原來(lái)的速度。N此循環(huán)后，車(chē)頭間距將增達(dá)到一定值以至于一部分車(chē)輛從車(chē)隊(duì)中漂移。,4.4.2 單車(chē)道交通宏觀觀測(cè),通過(guò)對(duì)單車(chē)道交通流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，建立一個(gè)大的樣本，它可以精確的評(píng)估宏觀交通流特性。其中的一個(gè)數(shù)據(jù)集成是在荷蘭隧道通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的（Edie et al. 1963），樣本的宏觀數(shù)據(jù)見(jiàn)表4.5以及圖4.24、4.25 利

9、用這個(gè)宏觀數(shù)據(jù)集，三個(gè)敏感系數(shù)的估計(jì)值即特定跟馳模型中特別重要的估計(jì)值，三個(gè)系數(shù)相應(yīng)模型也稱(chēng)車(chē)頭間距倒數(shù)模型、伊迪模型、格林希爾治模型。宏觀與微觀敏感系數(shù)估計(jì)值的對(duì)比見(jiàn)表4.6,微觀模型對(duì)宏觀數(shù)據(jù)的擬合情況見(jiàn)圖4.26，三種模型都對(duì)典型速度（如最佳流量速度）有較好的估計(jì)。 Edie把宏觀數(shù)據(jù)在低密度階段與車(chē)頭間距倒數(shù)模型進(jìn)行比較，在較高密度階段與速度-車(chē)頭間距倒數(shù)模型進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)二者結(jié)合比任一單一模型在整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)宏觀數(shù)據(jù)擬合得要好。圖2.23 通過(guò)宏觀數(shù)據(jù)對(duì)自由流速度進(jìn)行最小二乘法估計(jì)，得出自由流速度為26.85m/s。,Edie的q-k曲線在最大流附近出現(xiàn)了明顯的間斷：流量突降。這種明顯

10、的間斷形式對(duì)應(yīng)的車(chē)輛跟馳模型應(yīng)該是雙峰形的。 Navin (1986) and Hall (1987)將突變理論用于解釋交通流特性， Navin沿襲了Edie的方法，采用了尖端突變， Hall嘗試建立一個(gè)與現(xiàn)實(shí)交通數(shù)據(jù)相符而無(wú)需采用兩組參數(shù)的交通模型。 Acha-Daza and Hall (1994)用突變理論對(duì)高速公路數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為上述方法可以有效的應(yīng)用于交通流。,對(duì)單車(chē)道公共交通流的宏觀數(shù)據(jù)也有研究：量化單車(chē)道公共汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)流特性，實(shí)驗(yàn)取十輛公共汽車(chē)形成的車(chē)隊(duì)。 實(shí)驗(yàn)獲得了流率，密集度及車(chē)速。平均速度-密度曲線見(jiàn)圖4.28 通過(guò)以上結(jié)果可以估計(jì)出，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)城市公共汽車(chē)的單車(chē)道是穩(wěn)態(tài)的，擁有每小時(shí)運(yùn)載多于65000位乘客的運(yùn)力。 美國(guó)對(duì)境內(nèi)七條不同高速公路上三輛以上（含三輛）公共汽車(chē)隊(duì)列的前行時(shí)間及速度進(jìn)行了測(cè)量，推導(dǎo)出當(dāng)速度為56km/h時(shí)，公共汽車(chē)流的最大流量接近1300bu