●序
前言
第1章緒論1
1.1道路交通問題日益嚴峻1
1.2ITS從信息共享進入到智能協同時代3
1.2.1CVIS在日本的發展現狀4
1.2.2CVIS在歐洲的發展現狀4
1.2.3CVIS在美國的發展現狀5
1.2.4CVIS在我國的發展現狀5
1.3基於交通流理論的道路交通繫統機理認知6
1.3.1現代交通流理論及其研究內容6
1.3.2現代交通流理論的分類7
1.3.3交通流理論的發展歷史8
1.4道路交通繫統協同行駛理論與方法9
1.4.1協同行駛理論與方法的需求9
1.4.2傳統交通流理論的再認知11
1.4.3協同行駛理論與方法研究的意義11
參考文獻12
第2章交通流參數特性15
2.1交通流參數15
2.1.1流量15
2.1.2瞬時速度和平均速度16
2.1.3車流密集度17
2.1.4車頭時距和車頭間距18
2.2交通流參數的統計分布理論18
2.2.1離散型分布模型19
2.2.2連續型分布模型20
2.3交通流基本參數的關繫模型23
2.3.1流量速度密度之間的關繫24
2.3.2速度和密度的關繫25
2.3.3流量和密度的關繫27
2.3.4流量和速度之間的關繫28
參考文獻29
第3章車輛跟馳理論的若干關鍵問題31
3.1車輛跟馳模型的研究概況31
3.1.1車輛跟馳行為的特征32
3.1.2車輛跟馳模型的分類32
3.1.3跟馳模型的發展概況33
3.2優化速度函數的研究44
3.2.1優化速度函數的類型44
3.2.2優化速度函數的特點45
3.2.3實際優化速度函數的影響46
3.2.4“不現實”的優化速度函數影響50
3.3穩定性問題的研究53
3.3.1局部穩定53
3.3.2漸近穩定55
3.3.3Lyapunov穩定57
3.3.4線性穩定性的對比分析59
3.3.5非線性穩定性62
3.4零動態問題的研究64
3.4.1零動態理論64
3.4.2FVD模型零動態方程66
參考文獻67
第4章基於跟馳理論的車輛協同行駛建模71
4.1基於前向觀測信息的協同行駛模型71
4.1.1多前車車頭間距信息的協同行駛模型72
4.1.2多前車速度差信息的協同行駛模型74
4.1.3多前車車頭間距和速度差信息的協同行駛模型75
4.1.4多前車頭間距、速度差和加速度信息的協同行駛模型78
4.2基於後視效應協同行駛模型研究86
4.2.1考慮單輛後車車頭間距信息的協同行駛模型87
4.2.2考慮多輛後車車頭間距信息的協同行駛模型87
4.2.3單輛後車車頭間距和速度差信息綜合協同行駛模型88
4.2.4考慮優化速度差信息的後視效應協同行駛模型92
參考文獻94
第5胞自動機理論的車輛協同行駛建模96
胞自動機的構成及特征97
5.胞自動機模型的構成97
5.胞自動機模型的特征99
5.2經典胞自動機模型99
5.2.1一維單車道胞自動機模型99
5.2.2一維胞自動機模型105
5.2.3二維道路胞自動機模型106
5.胞自動機理論的車輛協同行駛模型107
5.3.1LMDDR模型的提出108
5.3.2LMDDR模型的數值模擬109
5.4LMDDR模型能耗演變機理114
5.4.1車流能耗研究現狀概述114
5.4.2能耗的定義及估計公式115
5.4.3能耗的數值模擬及結果分析116
參考文獻120
第6章基於宏觀動力學理論的路段協同行駛模型124
6.1LWR模型124
6.2單車道宏觀動力學模型126
6.2.1密度梯度類模型126
6.2.2速度梯度類模型128
6.3兩車道宏觀動力學模型130
6.3.1Daganzo兩車道模型130
6.3.2兩車道耦合效應130
6.4考慮前方多車誘導信息的宏觀協同行駛模型139
6.4.1模型的提出139
6.4.2線性穩定性分析141
6.4.3數值仿真142
參考文獻145
第7章基於格子流體力學理論的路段協同行駛模型147
7.1經典格子流體力學模型147
7.1.1單車道交通流格子模型147
7.1.2經典的兩車道交通流格子模型150
7.2基於前方多個格點信息的協同行駛模型152
7.2.1模型的提出152
7.2.2線性穩定性分析153
7.2.3非線性分析155
7.2.4數值模擬157
7.3考慮前後格點信息的協同行駛模型159
7.3.1模型的提出159
7.3.2結果的分析與討論160
7.4基於駕駛員延遲效應的兩車道協同行駛模型163
7.4.1模型的提出164
7.4.2理論分析和數值仿真165
參考文獻170
第8章基於跟馳理論的車輛協同行駛模型自校正方法172
8.1跟馳模型參數標定研究現狀173
8.1.1GM模型參數標定173
8.1.2智能駕駛模型參數標定174
8.1.3交通流仿真軟件參數標定175
8.2跟馳模型參數標定自校正方法的設計175
8.2.1經典參數標定方法描述176
8.2.2優選似然估計參數標定法176
8.2.3最小二乘參數標定法177
8.2.4自校正參數標定方法的設計179
8.3CI-CF協同行駛模型的參數標定及檢驗181
8.3.1CI-CF協同行駛模型的參數標定181
8.3.2CI-CF模型參數標定的檢驗183
參考文獻191
第9章基於車輛協同行駛模型的交通擁堵控制方法193
9.1經典交通擁堵控制方法描述194
9.1.1KKH交通擁堵控制方法194
9.1.2考慮前後車速度差的交通擁堵控制方法195
9.1.3基於雙速度差信息的交通擁堵控制方法195
9.1.4基於ITS的交通擁堵控制方法195
9.1.5考慮雙車頭間距的交通擁堵控制模型195
9.1.6無隔離帶場景考慮非機動車影響的交通擁堵控制方法196
9.2考慮多前車穩態期望速度效應的交通擁堵控制方法196
9.2.1方法提出196
9.2.2模型穩定性分析197
9.2.3數值仿真201
9.3考慮前後車穩態期望速度協同效應的交通擁堵控制方法206
9.3.1方法提出206
9.3.2模型穩定性分析207
9.3.3數值仿真211
參考文獻213
第10章交通信息物理繫統215
10.1信息物理繫統概述216
10.2交通信息物理繫統概述219
10.2.1T-CPS的基本架構219
10.2.2T-CPS層次功能220
10.2.3T-CPS特點221
10.2.4T-CPS的關鍵技術223
10.2.5T-CPS的應用展望225
參考文獻226

本書旨在總結作者所在團隊近10多年來在智能交通領域方面的研究成果，為從事交通工程研究的科研技術人員、高等學校教師、研究生和本科生提供參考。特別是當前的交通擁堵已成為困擾大中城市發展的難題。本書從機理上分析了車輛協同行駛給車流帶來的穩定效應和能耗演化機理，提出擁堵抑制方法。希望本書的出版能為我國交通科學管控和合理利用交通繫統資源做出積極的貢獻。