广东大学生科技创新重点项目作品申报书

1、广东大学生科技创新重点项目作品申报书（自然科学类学术论文类）申 报 者 基 本 情 况姓名学校学历系别、专业、年级联系电话电子邮箱项目名称基于二参数交通流的咼速超车模型拓展研究合 作 者 情 况姓名性别所在单位专业学历指 导 教 师姓名职称所在单位联系方式项 目 所 属 领 域（C）A.机械与控制（包括工程与技术科学基础学科、测绘科学技术、 矿山工程技术、冶金工程技术、机械工程、动力与电气工程、 土木建筑工程、水利工程、交通运输工程、航空、航天科学技 术等）B .信息技术（包括信息科学与系统科学、电子、通信与自动控制技术、 计算机科学技术等）C .数理（包括数学、力学、物理学、天文学、地球科学

2、等）D .生命科学（包括生物学、农学、林学、畜牧、兽医科学、水产学、 基础医学、临床医学、预防医学与卫生学、军事医学与特种医学、 药学、医学、中医学与中药学等）E .能源化工（包括化学、材料科学、能源科学与技术、化学工程、 纺织科学技术、食品科学技术、环境科学技术、安全科学技术等）研究目的随着汽车产业的快速发展，我国汽车数量日益增加，汽车的诞生与相 关技术的高速发展，大力改善了我们的生活水平。但在方便我们日常出行 的同时，也给个人，社会带来一些负面的影响，甚至影响到我们的人生安 全。据统计，2012年,全国共查处超速行驶9000多万起,因超速行驶肇事导 致7000多人死亡。其中，不当超车是导致

3、交通事故发生的主要原因之一。 司时，在城市主干道及高速公路处，各车道的不同限速值也对行驶车辆提 出了更高的要求提高汽车安全性能、减少道路交通事故现已成为社会普 遍关注和交通科学研究所面临的重要课题之一。为此，我们对14年美国数学建模课题的进一步研究讨论，在原有的研 究基础上我们主要以中国的高速车流状态为研究对象，深入分析国内高速 的通行状况。首先，我们将将车辆超车过程分为解三个阶段（超车前，超 车时，超车后），通过研究这三种状态下车辆的安全状态 （文中引入安全系 数量化安全状态）与最大车流量间的关系。通过该关系，我们可以针对具 体的高速道路情况，给出相应的限速方案，确保在安全的情况下，最大化

4、车流量。项目研究 的目的和 基本思路建立该超车模型，不仅能丰富微观交通流理论和超车模型相关理论，更 能为我国的高速公路管理、交通安全分析提供技术支持与宝贵的参考意见。基本思路假定以中国的行车习惯为行车规则，当汽车靠右行驶时，如果采取超 车行为，必须先移到左侧车道超车然后再返回。我们对该规则下的高速交 通流进行探讨分析。首先，我们通过分三个阶段分析该规则下的超车情况，然后建立车流 量一车流密度一车流速度三参数交通流模型，对不同车流密度（即交通负 荷）下的车速进行分段讨论，再采用三条样插值方法，绘制出车速一车流 密度关系图像并通过分析车速一车流密度间的关系，确定出最大交通车流 量的取值大致范围。其

5、次，我们对该模型进行代值估算，估算过程中，由于车辆的超车情 况是随机的，无法确定其局部的超车率，故我们采取计算机模拟的方法， 确定慢车道中有超车意愿的数量，从而确定超车率。然后考虑到快车道超 车数量的多少取决于原来处于慢车道的车辆数，故，我们将模型抽象简化 为高速路处于有一辆车离开慢车道就有一辆车从快车道并入慢车道的情 况，从而通过求解慢车道的最大车流量，就可以求出在该状态下快车道的 车辆数，继而确定该高速路段在安全范围内的最大车流量。第三，我们采取量化的方式对超车过程中的安全性问题进行分析，通 过定义未超车时的安全系数和超车时的安全系数两个变量，来衡量车辆在 超车三个阶段中的安全变化，并采用

6、计算机模拟超车率（即有超车意愿的 车辆比例），利用EXCELS件绘画在不同车流密度的情况下的安全系数值与 车流量的关系图，最后通过分析图像得到交通系统在不同车流密度下的车 流量与安全性间的关系。第四，采用对比有规则与无规则的超车状况。我们对无规则超车的情 况进仃分析，并与车辆右仃的规则的车流量进仃对比，从而确疋右仃规则 是否在所有车流密度下的对提升车流量是有效的，如果是有效的，说明右 行规则是适合于中国的行车规则，如果无效，讨论其在何种程度上的车流 密度不影响车流量，或者是通过修改行车规则，确定最合适的行车规则提 高道路的通行能力。最后，对模型的适用性与敏感性进行分析，同样，我们以右行规则作

7、为对象，分析该规则在智能系统控制下畅行速度的改变量与车流密度改变 量对车流量的影响，并把结果与人为判断下的结果进行对比，从而评价模 型普适性，并对模型进行修正与扩展。项目的前沿 性、学术性 及独特之处该项目针对国内目前的咼速公路状况，在已有文献及原有研究的基础 上，采取了调查一分析一建模一模拟一检验一应用的研究方法。通过对我 国高速公路交通流的深入分析，从而取得以下成果：(1) 通过简化实际问题，以我国双车道高速公路的超车特性为例， 详细地描述了整个超车过程，将超车过程划分为超车前判断，超车过程， 超车后稳疋行驶这二个主要步骤，建立了交通流的咼速超车模型。并给出 了模型的总体仿真框架，各个步骤

8、的仿真流程以及相关的分析和计算。(2) 通过对原有的交通流三参数的研究及结合实际中的具体数据， 对原有模型进行改进，并采用“三样条插值”优化方法，将不同状态下的 车流量，车流密度与车流速度进行拟合，优化了模型的同时，也使实际应 用中的计算过程更加简单，增强了模型的普适性。(3) 引入超车前与超车过程中安全系数的概念是本项目的独到之 处。国内外的研究中，大多数的文献极少对超车过程的安全性进行量化分 析，大多情况下考虑到的是在安全情况下进行超车的问题研究，而对成功 超车但存在风险的超车情况没有进行深入的探讨与研究。本项目量化该概 念使其数字化。从而，通过该系数，可以定量研究不同的车速，车流密度， 车流量与超车是否安全间的具体关系，并以此为依据，可通过限制快慢车 道的行车速度区间减少高速超车的事故率。(4) 本项目在对模型的拓展冋题上，为使模型适应不同的咼速路段，引入了系数修正法，通过增加 5个系数：路段可能速度修正系数，车 流影响程度等级的修正系数，车道宽及侧向净宽修正系数，大型车辆比例 影响系数，交通量方向分布系数。对模型进行修正，使其针对不同的高速 路况具有更良好的适应性。并通过卡方检验，确定模型的拟合优度。(