《交通流理论》实验教学指导书

1《交通流理论》实验指导书邵春福编写适用专业：交通运输类北京交通大学交通运输学院2010年4月2前言《交通流理论》是交通工程学科最重要的基础课程之一。在交通规划和交通管理中，应用交通流理论可以对道路等交通设施的使用情况进行科学地分析和评价。交通流理论的主要内容有交通流特性理论、车流波动理论和跟车理论等。为了加深学生对交通流理论课程中的基本理论知识及基本概念的理解，提高学生理论联系实际的能力，培养学生在实践中思考、分析、解决交通运输中实际问题的能力，《交通流理论实验》课程是一种重要的教学手段和途径。本实验指导书分为四个实验部分，分别是《车辆的到达分布实验》、《道路断面交通流特性实验》、《车辆到达实验》和《区域交通流实验》。《车辆的到达分布实验》重在让学生理解车辆到达服从的随机分布规律；《道路断面交通流特性实验》重点让学生理解交通流理论中速度、流量、密度等交通特征之间的关系；《车辆到达实验》和《区域交通流实验》重点让学生理解掌握在一天中车辆到达分布的情况和在区域交通中，各路段交通流特征之间的联系等。各实验在内容上相互联系并注重理论分析与实际动手相结合，旨在通过完成本实验课程，提高学生分析问题、解决问题的能力并建立较为完整的交通流理论的概念。3目录前言....................................................................................................................................................2实验一：《车辆的到达分布实验》.....................................................................................................4实验二：《道路断面交通流特性实验》.............................................................................................7实验三：《车辆到达实验》...............................................................................................................11实验四：《区域交通流实验》...........................................................................................................13参考书目............................................................................................................................................174实验一：《车辆的到达分布实验》实验学时：4实验类型：综合实验实验要求：必修一、实验目的1、理解rtms检测器采集的交通流数据的数据格式。2、理解描述车辆到达分布规律的方法（各种离散型分布）。3、理解车辆到达的分布的含义。4、能够利用rtms检测数据绘制车辆到达的分布规律图。二、实验内容1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示《rtms交通流实验程序》，讲解道路断面车辆到达分布规律。3、学生利用rtms数据，按照周、日（分为：节假日和平日）、小时（高峰小时和平峰小时）统计并绘制车辆到达分布图。三、实验原理、方法和手段1、实验原理：车辆的到达在某种程度上具有随机性，描述这种随机性分布规律常用离散型分布，包括：泊松分布、二项分布和负二项分布等。a)泊松分布P(x)=!t)(xtex=0,1,2,3,…式中：P(x)——在计数间隔t内到达x车辆的概率；λ——在单位间隔的平均到达率；t——每个计数间隔时间；e——自然对数的底，取2.71828适用条件：车流密度不大时，车间相互影响微弱，即车流是随机的。b)二项分布5xnxnppCxP)1()(x=0,1,2,3,…n式中：P(x)——在计数间隔t内到达x辆车的概率；λ——平均到达率；t——每个计数间隔持续的时间；n——正整数；p——λt/n。适用条件：车流比较拥挤，自由行驶机会不多的车流。c)负二项分布xtppCxP)1()(1xx=0,1,2,3,…nP(x)——在计数间隔t内到达x辆车的概率；λ——平均到达率；t——每个计数间隔持续的时间；n——正整数；p——λt/n。适用条件：到达的车流波动性很大。2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。2、软件条件：sqlserver数据库、《rtms交通流实验程序》五、实验步骤1、展示并讲解rtms数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。2、结合《交通流理论》课程理论内容，演示讲解《rtms交通流实验程序》，重点演示车流到达的统计分布（不同时段）。3、安排学生利用节假日和平日的rtms检测的数据，按照不同方向分别绘制车辆的到达的随机分布图（时间间隔为2分钟）。4、安排学生利用某日的rtms检测的数据，按照不同方向分别绘制高峰小时和平峰小时车辆的到达的随机分布图（时间间隔为2分钟）。65、安排根据所绘制的车辆的到达的随机分布图，分析各图中车辆到达符合的随机分布规律，并解释车辆到达符合不同分布规律的原因。六、思考题1、分析所绘制的节假日、平日、高峰小时、平峰小时的车流到达随机分布图，说明各图中车辆到达符合的随机分布规律以及车辆到达符合不同分布规律的原因。八、实验报告实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件1。附件1：学生实验报告基本内容要求分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1．实验预习描述车辆的到达随机性分布规律常用的离散型分布，包括：泊松分布、二项分布和负二项分布等以及这些分布的适用范围。2．实验记录记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3．实验报告对交通调查数据进行汇总，并根据实际交通调查数据绘制车辆到达的随机分布图，结果以excel电子版的形式进行提交。回答实验思考题并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。7实验二：《道路断面交通流特性实验》实验学时：4实验类型：综合实验实验要求：必修一、实验目的1、理解交通流参数的含义；掌握流量、速度、密度之间的关系模型。2、能够理解并利用rtms数据，能够计算交通流参数并绘制流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图。3、能够通过流量、速度、密度数据判断道路断面的交通状况（包括：畅通、拥挤、阻塞）。二、实验内容1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示《rtms交通流实验程序》，讲解道路断面交通特性等。3、学生利用rtms数据，按照周、日（分为：节假日和平日）、小时（高峰小时和平峰小时）统计并绘制流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图。4、学生根据交通流参数数据，理解并描述道路断面交通状况。三、实验原理、方法和手段1、实验原理：a)交通流各参数的含义和计算方法流量：在单位时间内，通过道路某一点、某一段面或某一车道的交通实体数（对机动车而言就是车辆数）。q=N/T式中：q——流量（veh/h）；T——观测时段长度；N——观测时段内的车辆数；时间平均速度：观测时间内通过道路某段面所有车辆地点速度的算术8平均值。ut=1N∑uiNi=1式中：ui————第i辆车的地点速度；N——观测的车数。占有率：车辆的时间密度集，在一定的观测时间T内，车辆通过检测器是所占用的时间与观测总时间的比值。D=∑𝐭𝐢𝐍𝐢=𝟏𝐓式中：ti————第i辆车的通过检测器是所占用的时间；N——观测的车数。T——观测时段长度；D——车辆的时间密度集b)交通流参数的关系模型（连续交通流）2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。2、软件条件：sqlserver数据库、《rtms交通流实验程序》五、实验步骤96、展示并讲解rtms数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。7、演示讲解《rtms交通流实验程序》，具体内容如下：a)展示根据交大西门、东区南门和东门三个rtms检测器实时检测的交通流数据实时判断的交通状况图（其中绿色表示畅通、黄色表示拥挤、红色表示堵塞等）。分为三个层次进行演示讲解：各检测器检测道路的交通状况、交大周边总体的交通状况、交大周边在整个北京市路网中的交通状况。b)分别实时统计、绘制各个检测器检测的交通流特征图（包括速度密度图、流量密度图、速度流量图等），结合《交通流理论》课程理论内容进行讲解。8、安排学生利用rtms上个月份的检测数据，按照第一、二、三、四周进行分别统计绘制流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图，比较分析各周交通状况变化情况及原因。9、安排学生利用rtms上周检测的数据，按照天分别统计绘制流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图，重点比较分析节假日和平日交通状况变化情况及原因、节假日或平日的高峰小时和平峰小时交通状况变化情况及原因。10、安排学生利用rtms上周某天检测的数据，按照高峰小时和平峰小时分别统计绘制流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图，重点比较分析该天高峰小时和平峰小时交通状况变化情况及原因。11、结合检测器位置，针对统计绘制的某天的流量—速度图，密度—速度图，密度—流量图，具体分析道路断面的交通状况。六、思考题1、按照周、日、小时统计并绘制的量—速度图，密度—速度图，密度—流量图是否符合流量、速度、密度之间的关系模型？如果不完全符合，请说明原因。2、请说明如何利用rtms检测数据判断道路交通状况（举例具体说明或说明思路皆可）。七、实验报告实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容10详见附件2。附件2：学生实验报告基本内容要求分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1．实验预习明确交通量、车速、交通密度的含义和流量、速度、密度之间的关系模型。2．实验记录记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3．实验报告按照周、日、小时统计的检测数据并绘制交通流特征图，对比分析交通流特征图，结果以excel电子版的形式进行提交。回答实验思考题并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。11实验三：《车辆到达实验》实验学时：4实验类型：综合实验实验要求：必修一、实验目的1、理解rtms检测器采集的交通流数据的数据格式；2、理解高峰小时和平峰小时的含义；2、理解道路断面车辆到达分布的含义；3、能够利用rtms检测数据绘制车辆到达的分布图。二、实验内容1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示《rtms交通流实验程序》，讲解道路断面车辆到达分布。3、学生利用rtms数据，按照日（分为：节假日和平日）统计并绘制车辆到达分布图。4、比较分析绘制的车辆到达分布图。三、实验原理、方法和手段1、实验原理：出行的早晚高峰：高峰小时（早7:00——9:00晚17:00——19:00）；2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设