Nelineární jevy v dopravním proudu

Nonlinear phenomena in traffic flow

habilitation thesis

Czech

Práce zkoumá chování vozidel v dopravním proudu metodami modelování a počítačových simulací. Správné pochopení jevů v dopravním proudu je nezbytným předpokladem pro jeho racionální řízení a ovlivňování. Práce zkoumá relevanci standardních stacionárních popisů dopravního proudu, dále makroskopických a mikroskopických modelů a celulárních automatů. Vlastní modelování a počítačová simulace se uskutečnily na tzv. IDM modelu (Intelligent Drive Model). Abychom ověřili platnost modelu a jeho parametrů, provedli jsme měření dvou vozidel za pohybu pomocí satelitního měření (GPS) fázovým měřením metodou Real Time Kinematic (RTK) s přesností 0,01 m a četností 10 měření za sekundu. Naměřená data jsme porovnali s výsledky modelu za stejných podmínek a nelineární regresí jsme ověřili parametry modelu. Hlavní část práce se zabývá simulacemi a měřením základních charakteristik dopravního proudu na modelu. Prokázala se přítomnost nelineárních jevů, především možnost existence odlišných stabilních stavů při totožné průměrné hustotě a při libovolně blízkých počátečních podmínkách. Citlivostní analýzou se prokázal význam jednotlivých parametrů zkoumaného modelu. Ze simulovaných profilových měření je zřejmé, že běžné chápání fundamentálního diagramu jako jednoznačného vztahu mezi hustotou a intenzitou je třeba korigovat.

This dissertation carries out research of vehicles behaviour in the traffic flow through modelling and computer simulation methods. Correct understanding of the traffic flow phenomena is the inevitable prerequisite for its reasonable control and influencing. This thesis gives proof that the traffic flow is not steady in a wide range of densities (even for identical vehicles) as an implication of non-linearity, which is in contradiction to the generally accepted stationary scheme with stochastic only divergences. The simulation of traffic flow model shows spontaneous formation of congestion even for homogenous start of the model. Speed and density fluctuation in a traffic flow must be interpreted as a generic feature of the system. The dissertation examines the relevance of standard stationary traffic flow models, furthermore macroscopic and microscopic models and cellular automata. The modelling and computer simulation was executed with IDM model (Intelligent Driver Model). We carried out an observation of two moving vehicles by satellite measurement (GPS) to prove the legitimacy of the model and relevance of its parameters. We used the phase measuring and the Real Time Kinematic method (RTK) with the accuracy 0.01 m and with the frequency of 10 measurements in 1 second. We compared this data with model computations for the same conditions and verified the model parameters by non-linear regression. The general section of the thesis deals with simulations and with the basic characteristics of the modelled traffic flow. The existence of non-linear phenomena - particularly the existence of possible different stable states under the same density and very close starting conditions - was proved. Sensitivity analysis demonstrated the significance of the model parameters. Simulated cross-section observations indicate that the conventional conception of the fundamental diagram as an unambiguous relation between density and intensity must be revised.

dopravní proud, teorie dopravního proudu, zácpa, spontánní kongesce, fundamentální diagram, hustota, rychlost, simulace dopravního proudu, mikroskopický model, macroskopický model, celulární automat, stochastický model, Nagel - Schreckenbergův model, nelineární jevy, GPS měření

traffic flow, traffic flow theory, congestion, spontaneous congestion, fundamental diagram, density, velocity, simulation of traffic flow, microscopic model, macroscopic model, cellular automata, stochastic model, Nagel - Schreckenberg model, nonlinear phenomena, GPS measurement

HOLCNER, P.

1. 12. 2009

VUT

Brno

1

173

173