新的交通流參數流速及其應用

中圖分類號 U411 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0025-04

0 引言

現在汽車數量增長迅速，年銷量3000萬輛以上，而道路建設存在滯后的情況，因此勢必造成堵塞現象日趨嚴重。解決擁堵的方法有多種，該文提出改變并優化規范人類駕駛行為的思路，建議并探討道路通行控制和管理方法，完善交通管理措施。

1基本圖交通流三要素

研究車流量應先從基本圖交通流三要素開始，三個參數的關系為

式中， q —交通流量或流量（Veh/h）； K —交通密度（Veh/km）； Vdash ——速度，分為地點速度和平均速度（ k m / h） ）。

諸多文獻資料對于三個參數的關系介紹了多種模型[。該文首先對三要素的物理含義進行分析研究，對三者關系從數學和物理方面進一步理順。通過道路某斷面的車輛數，取相距 的兩個斷面A與B，如圖1所示。

在A、B斷面各站一位觀察者，在N1車頭部到達b斷面開始計時，在此刻B斷面起始記錄通過B斷面車輛數，當 頭部達到斷面B為止，記錄時間間隔為 ，車輛數正好 個，那么在 時間內通過了B斷面 個車輛、按流量定義：

式中， 1 輛車用 時間至 B 斷面的交通流量或流量（veh/h）； 輛車（veh）； 一第 輛車駛過AB路段時間（h）； i = 1 ， 2 ， ？ s ， n 自然數。對公式（2）進行變化，有：

式中， —AB路段的距離。下同。

公式（3）為恒等式， 為 通過AB段的平均速度 ，AB路段的密度

根據 含義，該變量只與第 車自身平均速度有關，與 前的車輛速度無關，即與 速度無關。 是任意的， 與 乘積有關。

在 t = 0 時刻AB路段空間車輛的個數，與 t gt; 0 時的AB路段車輛數無關。

簡而言之，只有知道第 在 時刻 的位置，知道 時間間隔， 才有唯一對應關系，才有物理數學含義。否則公式 僅知道流量 、即知道 個數和 時間間隔， 有多種組合， 之間沒有一一對應因果關系。

為第 車平均速度。由于速度是連續的，

。V為車輛即時速度或地點速度。從上面分析得知，V 不易測量。存在測量困難[7]， ， 易測量。

交通流是指車輛群體在道路上行駛形成交通狀態。一般衡量道路通行能力以交通流最大流量來定義[3][s]，而最大流量具有 K V 不同的組合[8]，慢速度也能達到較大流量，而慢速度顯然不是人類追求的道路交通能力。這是因為流量定義 q = N / t （在時間 t 內通過的車輛數，Veh/h）與速度無關造成的。為了避免這一不嚴謹概念，該文提出流速概念。流速定義： D = V q （kVeh·km/h2，k：1000單位）流速 D 與速度流量有關。可以用流速來代表道路通行能力。

2 流速交通流參數

流速定義 D = V q 為道路通行能力，用 D 字母表示，即：

D = V q

式中， D —車輛在 t 時刻以 V 速度通過觀測斷面或地點時的流速。用 i 表示則有：

式中， —地點速度（ k m h， ， 一地點流速 ）。測量方法為在某AB路段，在A斷面（或地點）開始計時 ，通過一段時間 ，記錄通過車輛數 ，同時用測速儀記錄地點速度 目前在道路上有監控記錄儀，增加一個軟件可以實現此功能。即記錄 和 時同時記錄 用 地點速度， 、 便于測量，避免 、 不易測量。

2.1 流速物理含義

交通狀態可分為兩部分：

首先定義飽和狀態：在一道路上車流量達到較大時，如 2 4 0 0 v e h / （ h ？ l n ） 或某一值為飽和狀態。其交通流特征：前車或超車或匝道進入主道或逆過程等影響后車速度或改變后車交通流狀態。這時流量為飽和流量 ，在此狀態下任何速度對應的最大密度滿足 ， 值為飽和密度。對應的速度為飽和速度用 表示，也可用臨界密度或臨界速度表示[9]。

不具有疊加性，但可以計算平均值。其計算如下：=∑D。用D（流速平均值）能反映交通流速實際狀態。 D 是可數有限，不連續參數。（ n 為自然數）

2.2 流速計算公式

公式（5）""會""，""為平均車頭時距。""若當""為第""輛車與"輛車的車頭時距 ，則

式中， 單位為 ， 單位為s/veh。

為平均車頭間距，若當 為 與 車頭間距 （m/Veh），則：

公式（7）中 與 成正比，與 成反比。在道路行駛中，存在限制速度，速度有上限，車頭間距有最小值，則 有最大值。

堵塞速度一般 V lt; 2 0 k m / h ， ，在快速路、高速路上 2，用 流速來作為道路通行能力，避免了流量大，可能速度慢，來作為道路通行能力產生的矛盾。

3 流速迭代方程

根據作者多年對貴陽中環東路漁安立交至未來方舟1 1 6 5 m 觀測統計得出流量 穩定值。根據這一現象，假設 。可以理解 i 車駛離， i+1 駛進， i 與 i+1 是車輛空間前后關系。

流速迭代方程：在飽和狀態下一維路段上速度與車頭時距， ，得速度與車頭間距公式XiX， 推導得：

若 與 有夾角 a ，見圖2。

公式（9）是cosα二次方，說明匝道與主路的夾角對流速敏感，影響更大。說明前車超車的角度對后車的流速敏感。

4堵塞或堵塞后的消散判斷不等式

識別擁擠堵塞可用流速 D 來判斷，當 、若 則減速迭代至擁堵。若 則擁堵。若逆過程則消散。擁堵或擁堵消散判斷不等式： ：（a） Δ D gt; 0 擁堵發生； （b） Δ D lt; 0 擁堵消散。

5 流速提示儀

5.1 流速提示儀原理

根據公式（7） 流速提示儀在汽車上提取速度信息，在用雷達或激光測量與前車的距離 S （ m） ， ，S為駕駛室至前車車尾距離。提示儀安裝在駕駛室前窗玻璃上，用公式（7） 進行自動計算，當低于某值，通過流速提示儀提醒駕駛員提高流速。先看速度儀表，流速低一般速度偏低，采用加速度提高速度，提高速度的同時車頭間距自然減少，同時加速度會提高流量，綜合作用流速得到快速提高。若流速偏高采用制動降低，降速的同時車頭間距自然增大，流速快速下降。或采用完全自動調節控制流速儀轉換駕駛動力來控制。

過去大多數的交通流理論都是基于人工駕駛的普通車輛。隨著信息技術、數據通信技術、電子控制技術及計算機技術等的發展，智能交通系統無人駕駛也得到了長足發展。

通過理論分析論證，可以開發一種軟件，采用智能流速提示儀，利用智能交通系統提供的信息，按 D 行駛控制車輛速度及與前車保持較小（安全）的車頭間距（符合國家行業標準），從而提高了道路的流速，優化規范人類駕駛行為這可能會降低一點服務水平，但可以明顯提高道路通行能力，同樣把 D 模塊植入自動駕駛系統中提高道路通行能力是明顯的有益的。

5.2 流速提示儀功能

（1）當 時 為最小值、 為最大值），綠燈亮，表示流速正常，當在高速公路限制速度 1 2 0 k mh ，流速 （264kVeh·km/h2），當 紅燈亮。提醒流速偏大，同時儀器發出警告聲音，若 低于 （如 ），儀器發出提示音，告訴流速偏小需提高。

（2）在高速路和快速路提示儀設置不同的 與 采用儀器紅綠燈和音頻功能提醒。可以提高流速，在節假日能保證車在較高流速下行駛。提高了道路通行能力。也避免車輛間隔過大造成超車，使速度下降。

（3）現在道路有最高限制速度 ，沒有最小安全車頭間距 要求，易造成交通事故。單獨規定 X 存在困難，也不科學。因 X 與 V 有關， V 大 X 大， V 小 X 小， X 是 V 的函數。用流量 D （ 可以克服這一困擾。駕駛按流速 行駛可以在規定的速度 V 下保證車頭間距大于最小安全距離，提高了行駛安全性，減少了交通事故。

（4）在其他車道上，采用流速提示儀，避免車之間隔過大或過小。流速可與導航系統聯合，運用在導航系統中顯示屏顯示流速數據，導航有速度參數再獲取測量 值時，并用 計算就能識別每輛車的流速，現在擁擠堵塞，導航一般籠統識別，用流速就可以定量區別擁擠或堵塞狀態。

（5）在夜間或雨雪霧天按流速提示儀規定的檔次保證安全性，且能保證一定的行駛速度。（6）在十字路口，采用流速控制儀設置 （如停車狀態可設 ）控制調整停車距離，到達基本一致，可以縮短車頭間距，提高流速。（7）在交通密度較小的道路上流速提示儀可用于道路跟馳模式（行駛）。

若在使用中存在個別車輛沒有按流速提示儀交通系統操作行駛，或由于某些突發原因造成某車道車速度變慢，按迭代方程會影響后一輛車 流速下降。

變慢的 會向上游擴散、速度變慢，但由于流速提示儀會自動按前車 速度提示調整距離使之流速趨向穩定，同時趨向恢復原流速 流速提示儀具有這種功能，使之達到交通流新的平衡。當突發原因解除后，流速提示儀會自動提示調高流速 ，按原來的設計流速 調整車頭尾距離，使之又達到新的交通流平衡，初始流速狀態。若提示儀升級為智能流速控制儀，智能流速控制儀具有自我調整功能。

流速提示儀根據交通實際環境也可暫時關閉其功能。

6確定道路實際通行能力

道路雷達監控對每輛車測速的同時記錄時刻 ，按公式（5）D= 設計程序自動進行概率統計，找出流速數學均值μ，μ=D=∑D 用數理統計方法計算分布函數的方差 。 ， μ 、 數值是這條道路觀測的實際通行能力。同時優化調整確定 值。流速指標在道路速度標牌上注明道路通行能力 （流速）最低值和最高值。用 ）就縮小了分布方差 ，優化規范了人類駕駛行為，提高了道路實際通行能力。同樣按國家行業標準中設計指標速度 V 與通行能力 q 計算 和 ，按 駕駛，可以提高道路通行能力，減少堵塞，達到道路標準設計要求。

7提高高速路快速路流速其他方法

（1）節假日時常堵塞的路段要研制進行分流，堵塞都是密度 Δ K 增加車頭間距 Δ X 減少造成的，增加都是匝道車進入主道造成的。（2）在快速路禁止停車，因后面車在減速過程中流速降低，使""造成擁擠或堵塞。（3）易堵塞的高速路（由匝道進入的車輛較多）如有大貨車緩慢行駛要規定執行最低流速行駛，減少降速的可能性。（4）有些可用隔離墩或實線隔離，減少匝道與主道的角度。

8 結論

（1）用新交通流參數流速表達式避免流量與速度無直接對應關系的交通流參數的弊端。當飽和狀態時，流速與速度存在對應關系。避免""、 K 不易測量的困難。流速是道路通行能力指標。

（2）交通擁堵或消散判斷不等式""。Δ D gt; 0 擁堵， Δ D lt; 0 消散。

（3）在飽和狀態下，流速迭代方程

（4）在高速路、快速路上及其他道路采用流速提示儀或 D 模塊植入駕駛系統中，人工或自動按流速 D 在"之間行駛可提高道路通行能力""）。提高行駛安全性減少交通事故""）。滿足人們出行高速駕駛需求，為社會帶來了很高的效益。

利用大數據、云計算、物聯網等現代信息技術，構建智能交通管理系統。通過高清監控攝像頭、車輛識別技術、GPS定位等手段，實現對車輛行駛軌跡、速度、流量、流速的精確提取與匯總計算。

優化規范人類駕駛行為，提高道路通行能力，是一項系統工程和方向。需要政府、社會、企業和公眾等多方面的共同努力。通過完善法律法規、科學技術，加強教育宣傳以及推動社會共治等措施的綜合施策，建立一個更加安全、有序，高效的道路交通環境為經濟社會發展提供有力支撐。

參考文獻

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