本书全景展示现代交通流研究的方方面面，旨在对比较经典成熟的研究成果进行较好的归纳，同时尽量多涉及前沿结果，为目前迅速发展的相关研究提供一本合适的教材。本书内容安排包含两个方面： 理论部分首先介绍交通流基本知识，然后分析宏观交通流模型、跟驰驾驶模型和基于元胞自动机的交通流仿真模型，最后讨论三相交通流理论； 应用部分首先介绍常用的交通流仿真软件，然后介绍交通瓶颈区域的交通流仿真模型，最后讨论堵塞抑制策略。

本书可作为高等院校自动化、系统工程、交通工程等专业本科生、研究生相关课程的教材，也可供有关科研人员参考。

当前，社会经济的迅速发展与交通建设的相对滞后，已经构成非常突出的世界性矛盾。由交通问题引起的拥堵和事故造成了巨大的经济损失、能源消耗和环境污染。因此，各国都对改善交通投入了巨大的精力，由此带来了交通科学和交通工程的持续发展。

交通科学和交通工程是不断发展中的交叉学科，涉及数学物理、社会经济、心理生理、土木环境、机械电子、信息通信等诸多学科，吸引了无数有志之士投身其中。其中交通流研究是交通科学和交通工程的重要基础之一，主要通过现场实测、理论建模和模拟仿真来研究制约交通系统运行的基本规律。自交通科学和交通工程研究诞生以来，交通流理论和应用一直是相关研究的重点。

本书取名《现代交通流理论与应用》，即是希望能为国内的研究生提供一个能够较为全面了解交通流研究提出的种种方法和当前交通流理论研究热点的机会。之所以冠以“现代”二字，目的在于强调近10年来提出的各种模型和理论，以便读者能够在阅读本书之后更快地进入相关研究领域的前沿。

编写本书的冲动来自于我们教学中遇到的尴尬： 缺乏一本合乎我们需求的交通流教材。这也是国内各大学教授学者的共同看法。为此，我们在编写本书的时候综合了很多教授学者的意见，做了如下的考虑： 

（1） 全面性。诚然，近年来国内外推出了多本交通流和涉及交通流的专著和教材，其中不少值得一读再读。然而，这些书往往偏重于某一特定的主题，内容不够广泛。而本书试图尽可能多的包括当前交通流研究的方方面面。当然，交通流研究日新月异，各种模型方法层出不穷，我们在编写的过程中难免有疏漏。如果读者觉得还有哪些内容需要补充，欢迎来信讨论。

（2） 自洽性。为了适应教学，我们尽可能为交通流研究中涉及到的数学、物理理论知识进行了简短的介绍。不过实际教学中，还需要执教老师对相关内容进行更为细致的解释。

（3） 尽可能多的参考文献。作为教材，除了最为典型的一些方法和模型，本书显然无法一一详述各种交通流研究理论。为此，我们尽力给出了相应参考文献的详尽信息，以便执教老师引导扩展学习或者读者自学。

本书计划分为三卷，分别是《卷Ⅰ高速公路交通流》、《卷Ⅱ城市道路交通流（暂定）》、《卷Ⅲ行人交通流（暂定）》。本卷主要讨论目前发展得最为成熟的高速公路交通流。我们觉得这样的分类更加清晰，有利于教学。

囿于编写者水平和有限的编写时间，本书难免有错误和不足之处。欢迎广大读者来信批评指正。我们也计划在3~5年后推出本书的第二版，介绍更加深广的相关知识。

本书在编写过程中得到了国内多位交通科学和交通工程领域专家教授的支持，特别是受到国内第一个交通流方面的973项目2006CB705500“大城市交通拥堵瓶颈的基础科学问题研究”项目组全体同仁的支持，特此感谢！

本书的写作得到了国家自然科学基金10872194、50708055、60834001、70701004，北京市自然科学基金9093020，北京交通大学基本科研业务费专题2009JBZ012，以及教育部留学回国人员科研启动金资助项目的资助，特此致谢！

清华大学出版社王一玲老师的大力支持保证了本书的顺利出版； 此外，北京交通大学的李新刚博士和谢东繁博士在材料收集、文字及文献的整理与校对方面做了大量工作； 清华大学自动化系2008级硕士研究生王音帮助绘制了书中数十幅图表，这里一并感谢！

希望本书能够满足国内交通流教学的需求！

清华大学自动化系李力副教授

中国科技大学工程科学学院姜锐副教授

北京交通大学交通运输学院贾斌副教授

北京交通大学交通运输学院赵晓梅副教授

2010年8月

前言Ⅰ

第1部分引言

第1章绪论

1.1交通流研究的内容和意义

1.2交通流研究的方法和历史

1.3现代交通流研究的分类

参考文献

第2章交通流基本概念

2.1引言

2.2交通流参数

2.3交通流参数的测量

2.3.1固定型采集技术

2.3.2移动型采集技术

2.3.3采集技术比较

2.4车头时距统计分布模型

2.5交通流基本参数静态关系模型

2.5.1特定交通参数值

2.5.2常见静态关系模型

思考题

参考文献

第2部分宏 观 模 型

第3章宏观交通流模型

3.1引言

3.2LWR模型

3.3密度梯度模型

3.3.1常见的高阶密度梯度模型

3.3.2平衡流量密度关系与拐点

3.3.3Daganzo的批判

3.4速度梯度模型

3.4.1AwRascle模型

3.4.2Zhang模型

3.4.3JiangWuZhu模型

3.4.4XueDai模型

3.4.5特征速度和车辆倒退现象分析

3.4.6线性稳定性分析

3.4.7小扰动的发展过程和传播速度

3.5宏观模型的离散化格式

3.5.1LWR模型的离散化格式

3.5.2高阶模型的离散化格式

3.5.3元胞传输模型

3.6最新的讨论

思考题

参考文献

第4章混合交通流的宏观模型

4.1引言

4.2多车道LWR模型

4.2.1密度差模型

4.2.2LavalDaganzo模型

4.3多车道高阶模型

4.3.1MichalopoulosBeskosYamauchi模型

4.3.2TangHuang模型

4.3.3TangJiangWu模型

4.4多车种LWR模型

4.4.1等速度模型

4.4.2等空间模型

4.4.3等间距模型

4.4.4Daganzo两车种模型

4.5多车种高阶模型

4.5.1JiangWu模型

4.5.2TangHuangGaoShang模型

4.6其他模型

4.6.1多车种多车道宏观模型

4.6.2Michalopoulos二维模型

4.6.3BagneriniRascle模型

4.6.4TreiberHelbing模型

思考题

参考文献

第3部分微 观 模 型

第5章微观仿真概论

5.1引言

5.2基于时序和离散事件的仿真系统

5.2.1基于时序的确定性连续系统数字仿真

5.2.2基于事件的随机性离散系统数字仿真

5.3基于元胞自动机的微观仿真

5.3.1经典元胞自动机的构成和定义

5.3.2常见的元胞自动机模型及其特点

思考题

参考文献

第6章跟驰模型

6.1引言

6.2跟驰模型的基本假设和分类

6.3刺激反应跟驰模型

6.4安全距离跟驰模型

6.5驾驶心理跟驰模型

6.6人工智能跟驰模型

6.7优化速度模型

6.8跟驰模型稳定性分析

6.8.1系统Lyapunov稳定性的概念和判别定理

6.8.2优化速度模型的微扰法线性局部稳定性分析

6.8.3非线性稳定性分析

6.9智能驾驶员模型与惯性模型

思考题

参考文献

第7章换道模型

7.1引言

7.2换道行为

7.2.1换道意图的产生

7.2.2选择车道和实施换道

7.2.3换道行为的系统描述

7.3间隙接受模型和加/减速度接受模型

7.4换道轨迹规划模型和协同换道

7.5单向多车道优化速度跟驰模型

7.6其他讨论

参考文献

第8章无换道的元胞自动机交通流仿真

8.1引言

8.2NaSch模型

8.3巡航控制极限模型

8.4慢启动规则模型

8.4.1TT模型

8.4.2BJH模型

8.4.3VDR模型

8.5速度效应模型

8.6舒适驾驶模型

8.7考虑减速限制的CA模型

8.8KKW模型

参考文献

第9章有换道的元胞自动机交通流仿真

9.1引言

9.2多值元胞机模型

9.2.1BCA模型

9.2.2EBCA模型

9.2.3GBCA模型

9.2.4具有随机慢化的EBCA模型

9.3单向多车道元胞自动机模型

9.3.1Rickert模型

9.3.2STNS模型和HSTNS模型

9.4双向双车道模型

参考文献

第4部分三相交通流理论

第10章三相交通流理论

10.1引言

10.2交通流的三相划分

10.3基本图理论的相图

10.4三相交通流理论的相图

10.5三相交通流理论的假说

10.6三相交通流理论框架下的模型

10.6.1KK模型

10.6.2Gao模型

10.6.3Zhao模型

10.6.4Davis模型

10.6.5ATD模型

10.7两种理论的争论

思考题

参考文献

第5部分应用软件系统

第11章主流交通仿真系统简介

11.1引言

11.2AIMSUN

11.3CORSIM和TSIS

11.3.1FRESIM模型

11.3.2NETSIM模型

11.4PARAMICS

11.5TransModeler

11.6VISSIM

参考文献

第6部分交通瓶颈的模拟研究和阻塞抑制

第12章瓶颈处交通流模拟研究

12.1引言

12.2入匝道交通流仿真

12.2.1基于宏观连续流模型的入匝道建模

12.2.2元胞自动机模型的入匝道建模

12.3出匝道交通流仿真

12.4模拟瓶颈仿真

12.5限速瓶颈

12.5.1基于全速度差模型的限速瓶颈研究

12.5.2基于两阶段优化速度模型的限速瓶颈研究

12.6组合瓶颈

12.6.1组合限速瓶颈

12.6.2组合匝道瓶颈

12.6.3交叉口与公交车站组合瓶颈研究

12.6.4两个交叉口之间公交车站位置对交通流的影响

参考文献

第13章交通流稳定性分析和堵塞控制

13.1引言

13.2考虑位置信息的堵塞抑制方法

13.2.1考虑次临近车头距信息的扩展Newell模型

13.2.2考虑多辆前车车头间距信息的优化速度模型

13.2.3考虑一辆后车车头间距的优化速度模型

13.2.4考虑多辆前车和后车车头间距的优化速度模型

13.3考虑速度和加速度信息的堵塞抑制方法

13.3.1引入速度差反馈的优化速度模型

13.3.2引入多速度差反馈的优化速度模型

13.3.3全速度和加速度差模型

13.3.4多车头间距和速度差模型

13.4考虑信号设置的堵塞抑制方法

13.4.1双车道交通信号控制模型

13.4.2入匝道信号控制模型

13.5自适应驾驶对交通流堵塞的影响

13.5.1自适应驾驶对交通流稳定性的影响

13.5.2自适应巡航控制对宽运动堵塞的影响

13.5.3ACC车辆比例对堵塞消散过程的影响

13.5.4ACC交通系统的流量密度关系

思考题

参考文献