车辆流理论也称交通流理论，是分析研究道路上交通流(单个的或成队列)的运行规律，探讨车流流量、流速和密度之间的关系，以求减少交通延误、降低事故和提离道路交通没施使用效率的理论。交通流理沦萌芽于20世纪30年代，起初是应用概率论分析交通流量和车速的关系。1

交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系。交通流理论是不断发展中的科学，涉及的范围及其研究内容：咋常广泛，常常运用数学、物理学与控制论等科学思想与方法，建立能描述实际交通一般特性的交通流模型，以揭示控制车辆行为的基本规律，从而更好地为指导交通工程部门规划、设计和完善交通网络与交通控制服务，从而有效地利用交通资源，改善交通供求关系，以科学的交通理论来指导交通规划、建设和交通运营。

按照研究手段和方法，交通流理论可划分为以下两类。

1．传统交通流理论

所谓的传统交通流理论是指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础的交通流理论。其明显特点是交通流模型的限制条件比较苛刻，模型推导过程比较严谨，模型的物理意义明确，如交通流分布的统计特性模型、车辆跟驰模型、交通波模型、车辆排队模型等。传统交通流理论在日前的交通流理论体系中仍居主导地位，并且在应用中相对成熟。

2．现代交通流理论

现代交通流理论是指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、模糊控制等）为主要研究手段而形成的交通流理论。其特点是所采用的模型和方法不追求严格意义上的数学推导和明确的物理意义，而更重视模型或方法对真实交通流的拟合效果。这类模型主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测，具有很好的前瞻性和动态实时拟合性。

传统交通流理论和现代交通流理沦并不是截然分开的两种交通流理论体系，只不过是它们所采用的主要研究手段有所区别，在研究不同的问题时它们各有优、缺点。在实际研究中常是两种模型同时使用效果更好。

传统的实时交通流管理方法均存在不同的局限，不能适应现时迅猛增长的城市交通流量和日益复杂的城市道路网络系统—近年来，随着计算机技术的发展，创造并发展了交通模拟技术，为交通流理论的发展提供了新的思维空间，人下智能和现代控制理论越来越多地被用来描述和分析交通流的某些过程或现象，并用以解决交通系统优化等问题。除了计算机，现代的检测技术、通信技术、控制技术和卫星定位技术等也为交通流理论的发展提供了广泛的思维空间和技术保障。可以说，未来交通流理论的发展与交通运输工程的需要和科学技术的发展紧密相关、而目前ITS技术的研制开发和人工智能在各行业的广泛应用，为实时动态交通流分配理论的提出和实现提供了良好的内外部环境。2

任何理论的发展都离不开客观需求和支持其发展的客观环境。交通流理论的发展也是一样。

经过几十年的发展，可以说基于数理统计和微积分等经典数学、物理方法的微观交通流理论已经趋于成熟。现阶段及在今后相当长的一段时间内，从交通流理论研究手段和方法上看，交通流的发展表现为两种趋势：一是利用计算机模拟技术；二是应用现代理论方法（如人工智能、神经网络、模糊控制）；利用计算机模拟技术研究交通流理论不仅可以使研究对象和结果更加形象生动，而且可以把那些用数学模型难于精确表达的复杂交通流现象进行快速处理和归纳，为交通控制和实时动态交通分配提供依据。

最近，美国公路交通部门研制开发了一种实时路线决策支持系统。此系统采用了基于实例推理系统( CBR)和随时搜索算法的人工智能(Al)方法。用于实际交通管理后可及时将交通信息采集系统反馈情报提供给学习模块，以判断决策成功与否。同时，通过对交通系统的仿真研究，可以得到交通流状态变量随时间与空间的变化分布规律及其与交通控制变量间的关系，从而实现对现有和未来系统的行为进行再现或预先把握。到目前为止，国内外已推出了几百种交通仿真软件，应用较多的有VISSIM、PA-RAMICS、AIMSUN等。

我国城市交通流的低速混合现状不可能迅速改变，行人、非机动车和机动车的混合所造成的复杂性，远比国外交通情况复杂很多。建立符合我国国情的交通流理论模型，开发应用软件，用于指导工程实践是摆在我们面前的迫切问题。我国现代交通流研究起步较晚，但研究成果显著+ 20世纪90年代以来，部分力学界、物理学界学者投入到交通流的理论研究，他们在元胞自动机模型、流体力学模型和跟驰模型的研究中取得了一些成果，在国际上产生了一定的影响。近年来，国家自然科学基金委员会支持了一批交通流基础研究项目，越来越多的人开始关注和投入相关的研究。2

交通流理论的主要内容有概率论的应用、排队论的应用、车流波动理论和跟车理论。

主要应用概率论方法研究车流的分布规律。车流的统计分布是用概率论方法研究交通现象的基础，同时也直接应用在转弯车道长度的设计、行人过街控制信号的设计、通行能力及车速标准的确定等方面。常用概率论方法研究的车流分布有车流计数分布、间隔分布和车速分布三种。①车流计数分布：在每个时间区间内到达某地车辆数的概率分布，又称到达分布。车流密度不大,且不受其他干扰因素的影响时,计数分布符合泊松分布；交通拥挤、车辆连续行驶时，计数分布符合二项分布或广义泊松分布；交通受周期性干扰（如受交通信号的干扰）时，计数分布则符合负二项分布。②间隔分布：到达车辆彼此车头时距（前后到达车辆车头间相隔距离，以秒表示）的概率分布。计数分布属泊松分布时，相应的间隔分布符合于负指数分布；计数分布属广义泊松分布时，相应的间隔分布则符合厄兰分布。③车速分布：车辆在路上行驶时出现各种车速的概率分布。轿车在缓坡路段上自由行驶时，车速分布符合正态分布；高速干道上车流的车速分布符合对数正态分布。

排队论是研究分析服务对象发生排队拥挤现象的一种数学理论。是运筹学的一个重要内容。排队论主要研究等待时间，排队长度的概率分布，以便合理协调“服务对象”与“服务系统”之间的关系，使之既能满足“服务对象”的要求，又能最大限度地节省服务系统的经费。1936年亚当斯首先应用排队论研究无信号道路交叉口的行人延误问题。以后，在交通工程领域内，把信号交叉口、停车场、加油站等交通设施都看作“服务系统”，把到达的车辆看作“服务对象”，因而排队论在这些交通设施的设计和管理方面得到广泛的应用。近来用排队论研究信号交叉口前的车辆排队现象及其所造成的车辆延误，并根据交叉口上车辆延误时间量最小的目标来确定交通信号的配时方案，或根据整个地区各交叉口上车辆延误时间总量最小的目标来实现区域交通控制的最优方案，这是排队论在交通工程中应用的一个重要方面。

将交通流比拟为流体，把车流密度的疏密变化比拟成水波的起伏而抽象为车流波。车流波动理论就是假设车流因道路或交通状况的改变而引起车流密度的改变时，在车流中产生车流波的传播，分析车流波的传播速度可寻求车流流量和密度同车速之间的关系的一种理论。这种理论把整批车辆作为考察对象，所以是一种宏观的分析方法。车流波动理论假定车流中各单个车辆的行驶状态完全一样，所以有远离实际的缺点。尽管如此,这种理论在“流”的状态较为明显的场合,例如在分析瓶颈路段的车辆拥塞等问题中，还是有其独特的用途。

运用动力学方法研究车辆列队在无法超车的单一车道上行驶时，后车跟随前车的行驶状态，并用数学模式表达而且加以阐明的一种理论。因考察的对象是单辆车辆在行驶过程中的相互关系，所以是一种微观的分析方法。在连续行车情况下，后车要与前车保持一定的安全距离而经常随着前车改变车速，这种改变可简略地表达为：

后车车速变化－驾驶员反应灵敏度*前车车速变化

改变这个表达式，可得出多种车流速度和密度关系的表达式。因此，只要有了某一车流的速度、流量的观测统计数据，就可应用上述理论，建立表征该车流行驶状态的数学模型。跟车理论常用于考察高速公路上车辆尾撞事故、交通信号的自动控制等。

概率论方法适用于研究低密度车流，而流体力学和动力学方法则适用于研究高密度车流。由于交通流理论的研究成果与实际交通现象还有差距，尚难于应用。今后交通流理论的研究应转向应用方面发展。在一些国家存在大量自行车与机动车在道路上混合行驶的情况下，研究自行车流以及与机动车流的相互关系，是交通流理论研究的新课题。

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