组合瓶颈诱导的交通流动力学建模及复杂特性研究

Recently,extremely rich complex phenomena at the traffic bottlenecks are widely observed in many researches.On the basis of the study of single typical traffic bottlenecks,this program focuses on modeling and simulation of traffic flow at combined traffic bottlenecks.Observed through various combined bottlenecks traffic system,we will find typical images of evolution characteristics and collect real-time data.On the basis of reasonable statistical data and analysis of observational information,we will seize the key factors,make reasonable assumptions,to establish the models of traffic flow theory which are suitable to describe characteristics of combined bottlenecks.We will study and design rapid, parallel algorithm of theoretical models,carry out computer simulation in various traffic cases,analyze and discuss the simulation results theoretically,in order to clarify complex characteristics of traffic flow induced by various combined bottlenecks,the orgin of traffic congestion and the law of its evacuation,the physical mechanism of the interaction between the various intersections.These studies will provide a scientific proof for traffic managing department in processing traffic bottleneck problems.Thereore,it is of strong theoretical signicance and pratical value to carry out our program.

近年来的研究发现，交通瓶颈处存在极为丰富的复杂现象。在单一典型交通瓶颈研究基础上，本项目注重研究组合瓶颈处交通流的建模与模拟。拟通过对各种组合瓶颈交通系统进行观测，获取其交通流的典型演化特征图像和实时数据。在合理统计数据和分析观测信息基础上，抓住关键因素，提出合理假设，建立适合描述组合瓶颈特征的交通流理论模型。研究并设计理论模型的快速、并行算法，开展多种情况下的计算机仿真，进行模拟结果的理论分析和讨论，从而弄清组合瓶颈诱导的交通流复杂特性，交通拥堵根源和疏散规律，以及各个瓶颈之间相互作用的物理机制，为交通管理部门处理交通瓶颈问题提供科学依据。因此，开展本项目的研究具有较强的理论意义和实际价值。

在本项目的资助下，项目申请人及项目组成员围绕本课题的研究方向主要做了以下工作：首先，研究了交叉口瓶颈诱导的交通流复杂特性及相图问题，综合考虑混合和非混合交通情况、不同的车道更新规则，以及实际交通情况，分别建立了相应的交叉口瓶颈系统模型，根据交通系统时空演化规律，构建了相应的相图，采用平均场、唯象理论等解析方法对相图中各个区域进行分析讨论并推导出了具体的流量公式。在相图的某些区域内存在双稳态，且依赖于车辆的初始分布。紧接着系统地研究了Biham-Middleton-Levine交通流模型的换道效应问题，发现一些新的自由流时空图。然后，建立考虑车辆加速及随机延迟异质性的元胞自动机模型，模拟结果发现了在基本图中有三个典型的相：自由流，同步流及宽运动阻塞相，发现典型的共存相。最后，研究了基于边攻击的网络可控性能的鲁棒性问题，综合考虑不同攻击策略下，网络的可控性在级联失效过程中的变化情况，这有助于推动交通系统可靠性探索。三年来，总共发表论文7篇，其中SCI论文5篇，这些文章发表在Europhysics Letters, PLoS One,Physica A 主流期刊上。