道路车辆拥堵及其演化的随机动力学分析

Traffic congestion has become a common phenomenon with the increasement of road vehicles. Traffic congestion not only reduced the efficiency of travels, exacerbated the air pollution, but also led to more traffic accidents. It greatly increased the social costs. The mechanism and evolution process of traffic congestion would be analyzed based on the car-following model under several random noises in this proposal. The stability conditions are obtained and the effects of random noises, time-delay and system parameters on the stability of vehicle-flow would be analyzed. Some complex dynamical phenomenon would be found in the evolution of traffic congestion. The time when traffic congestion occurs would be predicted. Some control methods would be proposed to improve traffic efficiency. The research of the proposal would provide a theoretical basis for the management and control of road vehicles. It would be benefit to the simulation and evaluation of automatic driving system and intelligent transportation system.

随着道路车辆的增加，交通拥堵成为常见的交通现象。道路车辆拥堵不仅降低了出行效率，加剧了空气污染，还极易引发交通事故，极大增加了社会成本。项目针对多种随机噪声激励下的车辆跟驰模型，分析道路车辆拥堵发生的机理及其演化过程。通过随机稳定性的研究得到车流的稳定性条件，分析随机噪声、时滞及系统参数对车流稳定性的影响；发现车流动态演化过程中的复杂随机动力学现象，预测车辆拥堵发生的时间概率分布；提出控制方法提高道路车辆通行效率。本项目的研究将为道路车辆的管理和控制提供理论依据，研究成果也将对车辆的自动驾驶系统及智能交通系统的模拟、评价具有重要参考价值。

现代社会中汽车拥有量持续增加，在给人们的生产生活带来诸多便利的同时，也引发了一系列的社会和环境问题。其中交通拥堵会导致降低通行效率，引发交通事故，加重环境污染，浪费能源等，引起了交通研究者的重视。本研究主要考虑了实际交通车流中存在的各类随机性影响因素，研究更符合实际的随机因素影响下的车流拥堵发生机理及交通状态演化过程。提出了考虑各类随机性因素影响的三类随机优化速度模型，把车流的拥堵问题转化为系统的随机稳定性问题，利用随机动力学理论进行分析求解。把高维耦合非线性系统转化为4维的耦合线性系统，得到了在特定条件下的局部稳定性解析解，明确了系统参数和随机性对车流拥堵的影响，发现在有随机噪声影响情况下，灵敏度系数过小和过大都会导致拥堵，在过大的随机噪声情况下，拥堵是必然发生的。研究噪声类型、控制、时滞等对交通状态的影响，合适的控制可以减少拥堵，而各类噪声和时滞都可能会恶化交通状况。研究了交通从通畅流向拥堵状态的转换，将其转化为非线性动力学的首次穿越问题进行分析，为道路交通状况的预测提供了方法。本研究用概率统计的方法分析了在各类随机性因素影响下的车流状态及拥堵预测，对交通拥堵的产生机理进行了理论探讨，对影响交通流量的各类因素进行了分析，对交通状态的预测进行了尝试，为道路交通的分析和预测提供参考。