城市隧道通风井遮光装置的安全性能仿真分析文献综述

文献综述（或调研报告）：

为了熟悉城市隧道通风井遮光装置影响驾驶员视觉特性的原理，建立城市隧道通风井遮光装置对交通流的影响模型，并结合Kerner的三相交通流理论和元胞自动机仿真模型对该模型进行仿真分析。笔者检索了一系列文献，对比了关于隧道中车速变化的若干模型，掌握了三相交通流理论的基本知识及其在交通领域的部分应用，同时也对元胞自动机的仿真模型及应用有了一定的了解。现将上述相关方面的近期研究成果汇总如下。

目前关于隧道中车速变化的模型大多均是考虑到车速与道路线形、路基宽度、洞口位置、隧道净空高度等道路环境的关系（见【1,2】），而鲜有模型考虑到隧道内外的亮度差对车速的影响。查阅到的影响因素包含光照条件的模型有，杜立平通过回归分析得到的关于无隧道运行速度、光线差值、路基宽度差值以及入口位置的多元回归模型【3】，张晋伟通过回归分析得到的关于无隧道运行速度、光线差值、路基宽度差值以及洞口位置的多元回归模型【4】等。然而，上述两模型存在以下两个问题：①在运行车速计算模型上，是以高速公路通用的小客车为代表车型，而实际上在山区高速公路上行驶的车辆中，有一部分是货车。模型只针对占交通量绝大部分的小客车作了研究，而没有对货车的运行车速进行预测；②模型研究所采集的数据以及建立的运行车速模型都是在自由流状态下完成的，而实际情况却是车辆在自由流状态下行驶的情况非常少，大部分时间都受到交通量的影响，同时小客车也会受到大车的影响，尤其是在隧道出入口处，受交通量和大车影响特别严重。在本课题的车速变化模型求解过程中要参考上述模型的求解思路，同时尽量避免以上问题。

德国学者Kerner等人经过长期对交通实测数据的分析和总结，提出了传统交通流理论的一些弊端，并质疑其与实际不符，不能适用于实际的交通流中【6】，并提出了三相交通流理论，进一步把拥挤交通区分为同步流相和宽运动堵塞相，并阐述了各相位的性质、特征参数及其相互间的转化，形成了较为系统的理论体系，得到了交通科学界的广泛认可。基于此理论，道路交通状态可区分为三个稳态相：自由流相、同步流相和宽运动堵塞相。后两者定义分别如下【5】：

宽运动堵塞相[J]的定义：一个宽运动堵塞通过一个高速公路瓶颈时，其下游分界面向上游的平均传播速度保持不变。车辆加速通过堵塞下游分界面驶离堵塞，进入自由流或同步流状态。

同步流相[S]的定义：在同步流下游分界面，车辆加速进入自由流状态。同步流的下游分界面不再呈现宽运动堵塞下游分界面的特性，其传播速度并不是一个常数。且通常情况下同步流的下游分界面固定在瓶颈处不动。

基于Kerner的三相理论，各学者纷纷将其应用于交通领域的科研中，在得到了一系列丰硕的研究成果【7-11】的同时，也完善并发展了三相交通流理论。同时Kerner本人也在继续推进三相理论的深化，将其与时下最流行的自动驾驶（automatic driving）和自适应巡航系统(ACC system)相结合，从三相的角度分析了现代科技对于交通的改善作用【6】。

交通流仿真，是交通仿真的分支，它主要用计算机来模拟交通流的运行过程，涉及到包括数学、计算机、交通等多种学科的内容。其中的元胞自动机以其简单性和可操作性，已经被世界各国越来越多的学者所采用。

元胞自动机模型不必建立复杂的函数运动过程，由一系列规则构成，而且规则简单，虽然对车辆的运动过程描述得比较粗略，但是却可以精确地反映出交通流的特性。最早描述高速公路上交通流的元胞自动机的形式是wolfram所命名的第184号规则元胞自动机交通模型。在第184号规则元胞自动机交通流模型的基础上，又先后提出了元胞自动机交通流模型和NS元胞自动机交通流模型。随着对交通流的研究逐渐深入以及仿真技术的发展，国内外学者在以上元胞自动机交通流模型的基础上又进行了改进，并提出了诸多改进后的CA模型【12-14】。本课题准备采用Kerner及其合作者Klenov、Schreckenberg和Wolf最新提出的KKSW（Kerner-Klenov-Schreckenberg-Wolf）元胞自动机模型【15,16】进行仿真。

参考文献