小學(xué)品德與社會《水的危機》課件

交通流理論概述交通流理論是交通工程學(xué)的理論基礎(chǔ)；它是運用物理學(xué)和數(shù)學(xué)的方法來描述交通特性的理論，它用分析的方法闡述交通現(xiàn)象及其機理,使我們能更好地理解交通現(xiàn)象及本質(zhì)；研究交通流理論的意義——把握交通流運動機理與規(guī)律，科學(xué)地分析交通設(shè)施設(shè)計效果與運營管理系統(tǒng)1.交通流理論概述交通流理論是交通工程學(xué)的理論基礎(chǔ)；1.第四章道路交通流理論4-1交通流特性4-2概率統(tǒng)計模型4-3排隊輪理論4-4跟馳模型4-5流體模擬理論2.第四章道路交通流理論4-1交通流特性2.4.1交通流特性

4.1.1交通設(shè)施種類連續(xù)流設(shè)施間斷流設(shè)施無外部因素導(dǎo)致周期性中斷高速公路、限制出入的一般公路路段由于外部設(shè)備導(dǎo)致交通流周期性中斷一般道路交叉口3.4.1交通流特性4.1.1交通設(shè)施種類連續(xù)流設(shè)施4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征4.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征4.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征1.總體特征交通流三參數(shù)基本關(guān)系幾個特征變量（1）極大流量Qm（2）臨界速度Vm（3）最佳密度Km（4）阻塞密度Kj（5）暢行速度Vf5.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征幾個特征變量5.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征2.數(shù)學(xué)描述1）速度與密度的關(guān)系1963，格林希爾茨（Greenshields)6.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征6.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征2.數(shù)學(xué)描述2）流量與密度的關(guān)系7.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征7.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征2.數(shù)學(xué)描述3）流量與速度的關(guān)系8.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征8.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征3.連續(xù)流的擁擠分析1）擁擠類型周期性擁擠（常發(fā)性擁擠）非周期性擁擠（偶發(fā)性擁擠）2）瓶頸（Bottleneck)9.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征9.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征3.連續(xù)流的擁擠分析2）瓶頸（Bottleneck)10.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征10.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征3.連續(xù)流的擁擠分析3）交通密度分析4）非周期性擁擠11.4.1交通流特性4.1.2連續(xù)流特征11.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征1.信號間斷處交通流特征12.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征12.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征2.關(guān)鍵變量及其定義飽和車頭間距飽和交通量比率（飽和流率）啟動損失時間：Σ超時凈損失時間：最后一輛車越過停車線至下一次綠燈啟亮之間的時間。13.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征13.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征3.

停車和讓路標(biāo)志處的車流無信號交叉口的交通控制方式空擋4.

有效性指標(biāo)——延誤

經(jīng)常用于表征間斷流服務(wù)水平的一個指標(biāo)。

停車延誤

運行延誤14.4.1交通流特性4.1.3間斷流特征14.4.2概率統(tǒng)計模型4.2概率統(tǒng)計模型基本概念1)交通流分布：交通流的到達特性或在物理空間上的存在特性；2)離散型分布（也稱計數(shù)分布）：在一段固定長度的時間內(nèi)到

達某場所的交通數(shù)量的波動性；

3)連續(xù)型分布（時間間隔分布、速度分布等）：在一段固定長度的時間內(nèi)到達某場所交通的間隔時間的統(tǒng)計分布；

4)研究交通分布的意義：預(yù)測交通流的到達規(guī)律（到達數(shù)及到達時間間隔），為確定設(shè)施規(guī)模、信號配時、安全對策提供依據(jù)；15.4.2概率統(tǒng)計模型4.2概率統(tǒng)計模型15.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布車輛的到達具有隨機性描述對象：在一定的時間間隔內(nèi)到達的車輛數(shù),

在一定長度的路段上分布的車輛數(shù)16.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布16.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布1.

泊松分布：適用條件：車輛（或人）的到達是隨機的，相互間的影響微弱

也不受外界因素干擾，具體表現(xiàn)在交通流密度不大基本模型：計數(shù)間隔t內(nèi)到達k輛車的概率

λ：平均到達率（輛或人/秒）

m：＝λt，在計數(shù)間隔t內(nèi)平均到達的車輛或人數(shù)，也稱為泊松分布參數(shù)17.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布17.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布1.泊松分布：遞推公式：由參數(shù)m及數(shù)量k可遞推出Pk+1；分布的均值M與方差D皆等于λt，這是判斷交通流到達規(guī)律是否服從泊松分布的依據(jù)。運用模型時的留意點：關(guān)于參數(shù)m＝λt可理解為時間間隔t內(nèi)的平均到達車輛數(shù)。18.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布18.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布

2.二項分布：適用條件：車輛比較擁擠、自由行駛機會不多的車流基本模型：計數(shù)間隔t內(nèi)到達k輛車的概率λ：平均到達率（輛或人/秒）令：p＝λt/n，0<p<119.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布19.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布2.二項分布：遞推公式：由參數(shù)n,p及數(shù)量k可遞推出P(k+1);分布的均值M=np，方差D＝np(1-p)，用于判斷交通流到達規(guī)

律是否服從二項分布。運用模型時的留意點：基于觀測數(shù)據(jù)可估計出M,D,由此反求

出分布參數(shù)p和n；20.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布20.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布3.負(fù)二項分布：適用條件：到達的車流波動性很大時適用。典型：信號交叉口下游的車流到達。4.離散型分布擬合優(yōu)度檢驗——χ2檢驗用于根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)來判斷交通流服從何種分布原理和方法：1)建立原假設(shè)：隨機變量X服從某給定的分布2)選擇合適的統(tǒng)計量3)確定統(tǒng)計量的臨界值4)判斷檢驗結(jié)果21.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.1離散型分布21.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布車頭時距、車頭間距、速度等量具有隨機性，且其取值是連續(xù)的描述對象：車頭時距；車頭間距；穿越空檔；速度；等22.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布22.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布1.負(fù)指數(shù)分布適用條件：存在充分超車機會的單列交通流與密度不大的多列車流的車頭時距分布可采用負(fù)指數(shù)分布（車輛的到達服從泊松分布）?；灸Ｐ停焊鶕?jù)泊松分布的公式，車流平均到達率為λ（輛/秒）時在時間間隔t內(nèi)沒有車輛到達的概率為：即：到達的車頭時距h大于t秒的概率為23.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布23.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布1.負(fù)指數(shù)分布均值和方差概率密度：車頭時距越小出現(xiàn)的概率越大？24.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布車頭時距越小出現(xiàn)的4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布2.移位負(fù)指數(shù)分布適用條件：不能超車的單列交通流和車流量低的車頭時距分布（車輛的到達服從泊松分布）?；灸Ｐ停很嚵髌骄竭_率為λ（輛/秒），最小車頭時距為τ時，到達的車頭時距h大于t秒的概率為分布的均值與方差M=1/λ+τ≈m(樣本均值)；D=1/λ2≈s2(樣本方差)25.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布25.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布2.移位負(fù)指數(shù)分布P(t)26.4.2概率統(tǒng)計模型4.2.2連續(xù)型分布P(t)26.4.3排隊論模型4.3排隊論模型簡述1905，哥本哈根，愛爾朗，電話自動交換機排隊論也稱“隨機服務(wù)系統(tǒng)理論”，是研究廣義“需求”與“供給”關(guān)系的一種數(shù)學(xué)理論；應(yīng)用于交通延誤、通行能力、交通信號配時、停車場、收費站、加油站等交通設(shè)施的設(shè)計與管理分析，方案制定等。舉例：高速公路排隊、電話接線排隊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸排隊等27.4.3排隊論模型4.3排隊論模型27.4.3排隊論模型4.3.1基本概念1.排隊與排隊系統(tǒng)2.排隊系統(tǒng)的三個組成部分1）輸入過程?定長、泊松輸入、愛爾朗輸入2）排隊規(guī)則損失制、等待制、混合制3）服務(wù)方式定長服務(wù)、負(fù)指數(shù)分布、愛爾朗分布28.4.3排隊論模型4.3.1基本概念28.4.3排隊論模型4.3.1基本概念3.排隊系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo)1）等待時間（到達至開始接受服務(wù)的時間）2）忙期（服務(wù)臺工作強度）3）隊長（衡量服務(wù)水平4.3.2M/M/1系統(tǒng)1.簡述舉例：食堂排隊買飯平均到達率λ平均服務(wù)率為μ29.4.3排隊論模型4.3.1基本概念平均到達率λ29.4.3排隊論模型4.3.2M/M/1系統(tǒng)2.計算公式在系統(tǒng)中沒有顧客的概率為在系統(tǒng)中有n個顧客的概率為在系統(tǒng)中的平均顧客數(shù)為系統(tǒng)中顧客的方差為30.4.3排隊論模型4.3.2M/M/1系統(tǒng)30.4.3排隊論模型4.3.3M/M/N系統(tǒng)1.簡述平均到達率λ平均服務(wù)率為1/μρ＝λ/μ，服務(wù)強度ρ/N≥1不穩(wěn)定<1穩(wěn)定31.4.3排隊論模型4.3.3M/M/N系統(tǒng)≥1不穩(wěn)定<14.3排隊論模型4.3.3M/M/N系統(tǒng)簡述——兩類多通道服務(wù)1）單路排隊多通道服務(wù)——排成一條隊等待數(shù)

條通道服務(wù)32.4.3排隊論模型4.3.3M/M/N系統(tǒng)32.4.3排隊論模型2）多路排隊多通道服務(wù)——每個通道各排一隊，每個通道只為

其相對應(yīng)的一隊顧客服務(wù)，顧客不能隨意換隊。計算公式由M/M/1系統(tǒng)的計算公式確定33.4.3排隊論模型2）多路排隊多通道服務(wù)——每個通道各排一隊4.4跟馳模型4.4跟馳模型1.簡述定義：研究在無法超車的單一車道上車輛列隊行駛時，后車跟隨前車行駛的狀態(tài)，并且借數(shù)學(xué)和動力學(xué)的模式表達并加以分析的一種理論。研究目的：通過觀察各個車輛逐一跟馳的方式來了解單車道交通流的特性，并用來檢驗管理技術(shù)和通訊技術(shù)，以預(yù)測短途車輛對市區(qū)交通流的影響，在稠密交通時使尾撞事故減到最低限度等34.4.4跟馳模型4.4跟馳模型34.4.4跟馳模型4.4.1車輛跟馳特性分析1.制約性緊隨要求：后車緊隨前車。車速條件：后車車速與前車車速大致相同，上下擺動。間距條件：后車距前車要有安全距離。2.延遲性后車因前車狀態(tài)改變而改變，但其反應(yīng)要滯后于前車。3.傳遞性第n輛車的狀態(tài)制約著第n＋1輛車的運動35.4.4跟馳模型4.4.1車輛跟馳特性分析35.4.4跟馳模型4.4.2線性跟馳模型反應(yīng)＝刺激×靈敏度刺激——跟馳車輛前方導(dǎo)引車的加速或減速以及隨之而發(fā)生的這兩車之間的速度差和車間距離的變化；反應(yīng)——司機為了緊密而安全地跟蹤前車所作司機為了緊密而安全地跟蹤前車所作的加速或減速動作及其實際效果36.4.4跟馳模型4.4.2線性跟馳模型36.4.4跟馳模型4.4.2線性跟馳模型37.4.4跟馳模型4.4.2線性跟馳模型37.4.4跟馳模型4.4.3線性跟馳模型的穩(wěn)定性跟馳的穩(wěn)定性局部穩(wěn)定性——前后兩車間距擺動大小，大則不穩(wěn)定，小則穩(wěn)定；只在車隊的局部發(fā)生。漸進穩(wěn)定性——引導(dǎo)車的狀態(tài)變化向后傳播，傳播過程中，狀態(tài)變化的振幅越來越大（發(fā)散），則不穩(wěn)定，狀態(tài)變化振幅越來越?。ㄊ諗浚﹦t穩(wěn)定。38.4.4跟馳模型4.4.3線性跟馳模型的穩(wěn)定性38.4.4跟馳模型4.4.3線性跟馳模型的穩(wěn)定性39.4.4跟馳模型4.4.3線性跟馳模型的穩(wěn)定性39.4.4跟馳模型4.4.4非線性跟馳模型線性跟馳模型的局限性后車的反應(yīng)僅與兩車的相對速度有關(guān)，而與車輛間距無關(guān)。非線性跟馳模型

1959，Gazis靈敏度系數(shù)λ與車頭間距成反比其中40.4.4跟馳模型4.4.4非線性跟馳模型40.4.4跟馳模型4.4.5跟馳模型的一般形式1961，Gazis，跟馳一般模型?m=0，l=0時，為線性模型?m=0，l=1時，為非線性模型?m=…，l=…時，為……模型41.4.4跟馳模型4.4.5跟馳模型的一般形式41.4.4跟馳模型二階微分方程，積分一次，成為一階微分方程積分得：假設(shè)：所有車輛以相同速度、相同車頭間距行駛42.4.4跟馳模型二階微分方程，積分一次，成為一階微分方程424.5流體模擬理論4.5流體模擬理論一、引言二、車流波動理論三、車流波動理論的應(yīng)用43.4.5流體模擬理論4.5流體模擬理論43.4.5流體模擬理論簡介聲音的傳播：聲波，空氣密度的變化。運用流體力學(xué)的基本原理，以流體的連續(xù)性方程為基礎(chǔ)，建立車流的連續(xù)性方程。用流體密度的變化來模擬車流密度的變化。又可稱為車流波動理論。是一種宏觀模型44.4.5流體模擬理論簡介44.4.5流體模擬理論4.6.1車流連續(xù)性方程45.4.5流體模擬理論4.6.1車流連續(xù)性方程45.4.5流體模擬理論車流波動理論1.波速公式式中：W——集散波的波速;Ql和Q2——前后兩種車流狀態(tài)的流量;K1和K2——前后兩種車流狀態(tài)的密度46.4.5流體模擬理論車流波動理論46.4.5流體模擬理論2.停車產(chǎn)生的交通波47.4.5流體模擬理論2.停車產(chǎn)生的交通波47.4.5流體模擬理論4.6.2車流波動理論波速：車流中兩種不同密度部分的分界面經(jīng)過一輛輛車向車隊后部傳播的現(xiàn)象,稱為車流的波動。此車流波動沿道路移動的速度稱為波速。（大小與方向）集散波：從低密度狀態(tài)向高密度狀態(tài)轉(zhuǎn)變的分界所體現(xiàn)的車流波稱為集結(jié)波。從高密度狀態(tài)向低密度狀態(tài)轉(zhuǎn)變的分界所體現(xiàn)的車流波稱為疏散波，兩種不同的車流可統(tǒng)稱為集散波波流量：集散波總是從前車向后車傳播的,單位時間內(nèi)集散波所掠過的車輛數(shù)稱為波流量。通常意義下的流量總是相對于道路的一個固定斷面而言,而波流量則是相對于移動的波界面來計算的。48.4.5流體模擬理論4.6.2車流波動理論48.4.5流體模擬理論4.6.2車流波動理論49.4.5流體模擬理論4.6.2車流波動理論49.4.5流體模擬理論4.6.2車流波動理論車流波動圖在流量-密度相關(guān)曲線上,集散波的波速就是割線的斜率、微弱波的波速就是切線的斜率。當(dāng)車流從低密度底流量的A狀態(tài)轉(zhuǎn)變的高密度高流量的B