本书面向路段交通的车辆协同行驶问题，在回顾交通流理论发展脉络及其理论方法的基础上，介绍一套新构建的道路交通系统协同行驶理论与方法，旨在为车车协同驾驶下车辆行驶行为的理解和车流状况的分析，提供一定的理论支持和描述工具。全书从内容看，可分为三个部分，第一部分（第1～3章）介绍道路交通流协同行驶理论的基础知识，包括交通流理论的发展、交通流的参数特征和车辆跟驰理论的若干关键问题；第二部分（第4～7章）是基于宏微观层面的路段车辆协同行驶建模方法及其性能分析；第三部分（第8～10章）重点阐述车辆协同行驶模型的自校正方法、交通拥堵控制方法以及交通信息物理系统的发展趋势。这些内容将为智能交通系统中受到广泛关注的车车协同和车路协同的工程实践提供理论支撑。
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目录
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序
前言
第1章 绪论 1
1.1 道路交通问题日益严峻 1
1.2 ITS从信息共享进入到智能协同时代 3
1.2.1 CVIS在日本的发展现状 4
1.2.2 CVIS在欧洲的发展现状 4
1.2.3 CVIS在美国的发展现状 5
1.2.4 CVIS在我国的发展现状 5
1.3 基于交通流理论的道路交通系统机理认知 6
1.3.1 现代交通流理论及其研究内容 6
1.3.2 现代交通流理论的分类 7
1.3.3 交通流理论的发展历史 8
1.4 道路交通系统协同行驶理论与方法 9
1.4.1 协同行驶理论与方法的需求 9
1.4.2 传统交通流理论的再认知 11
1.4.3 协同行驶理论与方法研究的意义 11
参考文献 12
第2章 交通流参数特性 15
2.1 交通流参数 15
2.1.1 流量 15
2.1.2 瞬时速度和平均速度 16
2.1.3 车流密集度 17
2.1.4 车头时距和车头间距 18
2.2 交通流参数的统计分布理论 18
2.2.1 离散型分布模型 19
2.2.2 连续型分布模型 20
2.3 交通流基本参数的关系模型 23
2.3.1 流量速度密度之间的关系 24
2.3.2 速度和密度的关系 25
2.3.3 流量和密度的关系 27
2.3.4 流量和速度之间的关系 28
参考文献 29
第3章 车辆跟驰理论的若干关键问题 31
3.1 车辆跟驰模型的研究概况 31
3.1.1 车辆跟驰行为的特征 32
3.1.2 车辆跟驰模型的分类 32
3.1.3 跟驰模型的发展概况 33
3.2 优化速度函数的研究 44
3.2.1 优化速度函数的类型 44
3.2.2 优化速度函数的特点 45
3.2.3 实际优化速度函数的影响 46
3.2.4 “不现实”的优化速度函数影响 50
3.3 稳定性问题的研究 53
3.3.1 局部稳定 53
3.3.2 渐近稳定 55
3.3.3 Lyapunov稳定 57
3.3.4 线性稳定性的对比分析 59
3.3.5 非线性稳定性 62
3.4 零动态问题的研究 64
3.4.1 零动态理论 64
3.4.2 FVD模型零动态方程 66
参考文献 67
第4章 基于跟驰理论的车辆协同行驶建模 71
4.1 基于前向观测信息的协同行驶模型 71
4.1.1 多前车车头间距信息的协同行驶模型 72
4.1.2 多前车速度差信息的协同行驶模型 74
4.1.3 多前车车头间距和速度差信息的协同行驶模型 75
4.1.4 多前车头间距、速度差和加速度信息的协同行驶模型 78
4.2 基于后视效应协同行驶模型研究 86
4.2.1 考虑单辆后车车头间距信息的协同行驶模型 87
4.2.2 考虑多辆后车车头间距信息的协同行驶模型 87
4.2.3 单辆后车车头间距和速度差信息综合协同行驶模型 88
4.2.4 考虑优化速度差信息的后视效应协同行驶模型 92
参考文献 94
第5章 基于元胞自动机理论的车辆协同行驶建模 96
5.1 元胞自动机的构成及特征 97
5.1.1 元胞自动机模型的构成 97
5.1.2 元胞自动机模型的特征 99
5.2 经典交通流元胞自动机模型 99
5.2.1 一维单车道交通流元胞自动机模型 99
5.2.2 一维多车道元胞自动机模型 105
5.2.3 二维道路交通流元胞自动机模型 106
5.3 基于元胞自动机理论的车辆协同行驶模型 107
5.3.1 LMDDR模型的提出 108
5.3.2 LMDDR模型的数值模拟 109
5.4 LMDDR模型能耗演变机理 114
5.4.1 车流能耗研究现状概述 114
5.4.2 能耗的定义及估计公式 115
5.4.3 能耗的数值模拟及结果分析 116
参考文献 120
第6章 基于宏观动力学理论的路段协同行驶模型 124
6.1 LWR模型 124
6.2 单车道宏观动力学模型 126
6.2.1 密度梯度类模型 126
6.2.2 速度梯度类模型 128
6.3 两车道宏观动力学模型 130
6.3.1 Daganzo两车道模型 130
6.3.2 两车道耦合效应 130
6.4 考虑前方多车诱导信息的宏观协同行驶模型 139
6.4.1 模型的提出 139
6.4.2 线性稳定性分析 141
6.4.3 数值仿真 142
参考文献 145
第7章 基于格子流体力学理论的路段协同行驶模型 147
7.1 经典格子流体力学模型 147
7.1.1 单车道交通流格子模型 147
7.1.2 经典的两车道交通流格子模型 150
7.2 基于前方多个格点信息的协同行驶模型 152
7.2.1 模型的提出 152
7.2.2 线性稳定性分析 153
7.2.3 非线性分析 155
7.2.4 数值模拟 157
7.3 考虑前后格点信息的协同行驶模型 159
7.3.1 模型的提出 159
7.3.2 结果的分析与讨论 160
7.4 基于驾驶员延迟效应的两车道协同行驶模型 163
7.4.1 模型的提出 164
7.4.2 理论分析和数值仿真 165
参考文献 170
第8章 基于跟驰理论的车辆协同行驶模型自校正方法 172
8.1 跟驰模型参数标定研究现状 173
8.1.1 GM模型参数标定 173
8.1.2 智能驾驶模型参数标定 174
8.1.3 交通流仿真软件参数标定 175
8.2 跟驰模型参数标定自校正方法的设计 175
8.2.1 经典参数标定方法描述 176
8.2.2 最大似然估计参数标定法 176
8.2.3 最小二乘参数标定法 177
8.2.4 自校正参数标定方法的设计 179
8.3 CI-CF协同行驶模型的参数标定及检验 181
8.3.1 CI-CF协同行驶模型的参数标定 181
8.3.2 CI-CF模型参数标定的检验 183
参考文献 191
第9章 基于车辆协同行驶模型的交通拥堵控制方法 193
9.1 经典交通拥堵控制方法描述 194
9.1.1 KKH交通拥堵控制方法 194
9.1.2 考虑前后车速度差的交通拥堵控制方法 195
9.1.3 基于双速度差信息的交通拥堵控制方法 195
9.1.4 基于ITS的交通拥堵控制方法 195
9.1.5 考虑双车头间距的交通拥堵控制模型 195
9.1.6 无隔离带场景考虑非机动车影响的交通拥堵控制方法 196
9.2 考虑多前车稳态期望速度效应的交通拥堵控制方法 196
9.2.1 方法提出 196
9.2.2 模型稳定性分析 197
9.2.3 数值仿真 201
9.3 考虑前后车稳态期望速度协同效应的交通拥堵控制方法 206
9.3.1 方法提出 206
9.3.2 模型稳定性分析 207
9.3.3 数值仿真 211
参考文献 213
第10章 交通信息物理系统 215
10.1 信息物理系统概述 216
10.2 交通信息物理系统概述 219
10.2.1 T-CPS的基本架构 219
10.2.2 T-CPS层次功能 220
10.2.3 T-CPS特点 221
10.2.4 T-CPS的关键技术 223
10.2.5 T-CPS的应用展望 225
参考文献 226
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