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交通流模型研究是交通系统研究的基础,同时作为智能交通系统(简称ITS)的基础研究内容之一,对ITS的发展也具有重要意义。本文在已有交通流模型基础上,提出一些新模型,考察其特性,着重考虑交通流的各种非线性密度波问题,对缓解交通拥堵给出指导性建议。论文的主要工作和贡献如下: 1.关于两个微观模型密度波问题。在经典跟驰模型基础上,提出两个改进模型,分析模型的稳定性,研究交通流不同区域内的密度波问题,结果表明,本文提出的两个改进模型一定程度上能够缓解交通拥堵。 2.关于ITS环境下两个微观模型密度波问题。在ITS环境下,提出两个新模型,考虑周围车辆信息对模型性质的影响,运用非线性分析方法,讨论交通流不稳定区域内的密度波问题。两个模型的数值和理论分析结果都表明,从ITS获取的信息能够在一定程度上抑制交通拥堵的发生。 3.关于两个已有宏观模型的密度波问题。对GK模型[Journal of PhysicsA 2005,38:4069-4083]和Tang等提出的宏观预测模型[Physics LettersA 2010,374:1668-1672],运用非线性分析方法研究密度波问题,并采用数值方法考察了随着时间的增大,有小扰动的均匀交通流的演化情况。本文得到这样的结论:考虑驾驶员预测因素的宏观预测模型,一定程度上能够抑制交通拥堵。 4.关于粘滞项对宏观模型性质的影响。本文基于速度梯度模型提出新的粘滞模型,考察冲击波线性稳定性条件,并且研究新模型交通流的密度波问题。同时考察了粘滞Payne模型[Proceedings of the Ninth International Symposiumon Transportation and TracTheory1984,20-42]的粘滞项对模型性质的影响。 5.关于粘滞模型在高速公路交通流密度控制问题中的应用。本文提出一种新的粘滞型高速公路宏观动态交通流离散模型,考虑其在高速公路交通流密度控制问题中的应用。研究结果表明基于粘滞模型描述的高速公路交通流,设计的密度控制器通过调整平均车速,能够平滑交通流,交通流密度迅速收敛到期望值,在一定程度上缓解了交通阻塞。