基于社会力模型的非机动车混合流仿真研究

来源 :北京建筑大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:ansonliu
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自行车及电动自行车出行在城市出行结构中发挥着重要的作用,二者组成的混合流已成为当前非机动车道的主要表现形式。但是,当前非机动车道机非混行、人非共道、配套设施不完善等问题突出。同时,电动自行车以其较高的车速和较强的加减速性能,带来了更频繁和更严重的车辆冲突,使得非机动车流性质更为复杂。因此,研究分析非机动车个体及其混合流特性,建立健全非机动车仿真模型,对完善非机动车微观运动行为及宏观交通流理论体系、指导非机动车运营管理及设施设计建设具有重要意义。本文以非机动车道基本路段为研究范围,假定该路段内平整无逆行且无其他交通参与者的影响,以该路段内自行车及电动自行车构成的非机动车混合流为研究对象,基于社会力模型构建了非机动车混合流微观仿真模型,具体的工作内容如下:(1)总结分析了非机动车的宏微观交通特征。通过采集车公庄大街、首体南路、西直门南大街三条非机动车道数据,得到了非机动车人车属性、到达规律、并行及超越比例;尤其重点考虑电动自行车比例、非机动车类别、骑行状态、边界形式、车道宽度等因素,分析了非机动车的横向间距、侧向净距、车头间距、轨迹宽度、速度密度及加减速等微观特性。(2)建立了基于社会力的非机动车混合流微观交通仿真模型。在对比分析国内外非机动车相关模型的基础上,确定以社会力模型为主要仿真手段;构建人车系统及感知域组成的个体单元,优化模型的受力范围、提高模型计算效率;细化不同形式边界对非机动车的影响,优化边界作用力;同时引入超越力公式及作用机理,弥补当前社会力模型无法准确描述非机动车混合流超越行为的缺陷;结合传统的驱动力、个体单元排斥力,最终构建了非机动车混合流微观仿真模型。基于Python搭建了非机车混合流微观仿真平台,并从仿真情景及速度-密度基本图两方面验证了本文模型的有效性。(3)完成了模型参数标定工作。利用实测数据及现有研究成果,一一阐述了模型相关参数标定过程,尤其是完成了横向反应系数αi、纵向反应系数,αi’、边界力作用强度Aib、期望速度系数βi、超越向量(?)(t)等支撑模型构建的关键参数的标定。(4)利用Python仿真平台调试不同仿真场景,研究了单一车流及混合流,为非机动车的运营管理提供建议。单一车流方面,得到了单一车流在不同边界下的通行能力,进一步分析计算得到边界对通行能力的折减系数,电动自行车相对于自行车的换算系数;混合流方面,得到了不同电动自行车比例及车道宽度下的混合流通行能力,发现通行能力及单车道通行能力与车道宽度及电动自行车比例之间的关系,同时研究了 3m非机动车道在不同流量及电动自行车比例下的超越次数。
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