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出版者:湖南科学技术出版社

作者:冯桂炎

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-04-01

价格:13.6

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isbn号码:9787535715470

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• 道路工程
• 交叉口设计
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• 城市道路
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• 设计规范

交通流动力学与城市交通规划的理论前沿 本书聚焦于现代城市交通系统的复杂性与动态演化规律，深入剖析了交通流动的基本理论、量化模型及其在宏观城市规划层面的应用实践。 --- 第一章：交通流动的基本性质与分析框架 本章旨在为理解复杂的交通现象奠定坚实的理论基础。我们将从物理学的视角审视交通流，将其视为一种具有自组织和耗散特性的复杂巨系统。 1.1 交通流的基本概念界定 详细阐述了交通流的三个核心要素：流量（Flow Rate）、密度（Density）和速度（Speed）。这些要素之间的关系构成了交通分析的基石。本节将探讨如何在高密度、低速的拥堵状态与低密度、高速的自由流状态之间进行精确的数学刻画。我们引入了车辆间距、车头时距等微观参数，并讨论了它们在不同驾驶文化背景下的统计学差异。 1.2 经典交通流模型回顾与批判性分析 着重分析了交通流理论发展史上的里程碑模型： Lighthill-Whitham-Richards (LWR) 模型： 作为描述交通波传播的第一个一阶模型，我们将深入探讨其偏微分方程形式及其在预测交通冲击波传播中的应用。特别关注其在处理超车行为、变道决策等非线性现象时的局限性。 Greenshields 模型与 Underwood 模型： 这两个经典的本构关系模型（描述速度-密度关系）是理解宏观交通特性的基础。本章将对比它们在线性与非线性假设下的适用范围，并探讨如何利用实际观测数据对模型的参数进行校准。 第二阶模型（如 Payne-Whitham-Lighthill, PWL 模型）： 引入动量方程，描述了驾驶员的反应时间对交通密度的影响。我们将详细推导其控制方程，并分析动量项在解释交通振荡（Traffic Oscillation）现象中的关键作用。 1.3 交通流的相变与非线性动力学 将交通流分析提升到动力系统理论的高度。本节探讨交通流系统中如何出现“相变”——即从有序的自由流状态突然转变为无序的拥堵状态。通过分析系统的李雅普诺夫指数和分岔点，揭示交通拥堵形成的临界条件。讨论“幽灵堵车”（Phantom Jams）现象的产生机制，这通常与驾驶员的反应延迟和集体行为的放大效应有关。 --- 第二章：微观交通行为建模与驾驶员决策机制 本章侧重于个体交通参与者的行为模式，这是构建准确宏观模型的基础。 2.1 驾驶员反应时间与跟车行为 深入研究驾驶员在跟车过程中的反应动力学。引入Car-Following Models (CFM)，包括： Optimal Velocity Model (OVM)： 探讨驾驶员试图维持一个最优速度的倾向。 Intelligent Driver Model (IDM)： 这是一个广泛应用的微观模型，详细分析了其安全距离、期望速度和加速度项的数学表达，并讨论如何通过调整参数来模拟谨慎或激进的驾驶风格。 2.2 车道选择与变道决策模型 在多车道环境中，变道行为对路段的通行能力影响显著。本节分析驾驶员进行变道的动机（如超车、避让出口、调整车速）和约束（如后车速度、安全间隙）。 Game Theory Approach to Lane Changing： 利用博弈论分析驾驶员在选择车道时如何相互影响，追求个体最优效益。 Microscopic Simulation Calibration： 介绍如何利用高精度线圈检测器或视频跟踪数据，对变道模型的敏感度参数进行实际校准。 2.3 交叉路口微观模拟与排队理论 交叉路口是城市交通流动的关键瓶颈。本章分析在无信号控制和有信号控制条件下，车辆到达与服务的随机性对排队长度和延误时间的影响。运用M/G/1排队模型来估计平均延误，并讨论饱和度对系统稳定性的影响。 --- 第三章：城市交通网络分析与系统优化 本章将视角从单点或单段扩展到整个交通网络，探讨如何通过优化控制策略来提升城市交通系统的整体效率。 3.1 交通网络拓扑结构与连通性分析 采用图论工具分析城市道路网络的结构特性。讨论节点连通度（Node Connectivity）和通路冗余度（Path Redundancy）的概念，这些参数直接关系到网络面对突发事件（如事故、道路封闭）的鲁棒性。 3.2 信号配时优化理论（宏观与中观层面） 本节集中于如何通过优化信号控制来缓解瓶颈。 Webster's Optimal Cycle Length： 介绍经典的基于饱和度原理计算最优周期长度的方法，并分析其在交通需求波动下的局限性。 绿信比的动态分配： 探讨基于实时交通检测数据的配时方案，特别是感应式控制（Actuated Control）的理论基础，以及如何通过时间-空间图（Time-Space Diagrams）来分析绿波带的协调效果。 3.3 诱导出行决策与路径选择模型 研究驾驶员在网络中进行路径选择的行为。 用户均衡（User Equilibrium, UE）： 描述每位驾驶员都选择自身旅行时间最短的路径，从而达到一个稳定状态。详细讲解Beckmann转化，将UE问题转化为一个凸二次规划问题，便于求解。 系统最优（System Optimum, SO）： 探讨管理者希望达到的目标，即最小化整个网络内的总旅行时间。分析UE和SO之间的差距，并讨论如何通过价格机制（如拥堵收费）引导用户从UE趋向SO。 --- 第四章：新兴交通技术对交通流的耦合效应 随着智能交通系统（ITS）的发展，交通流分析必须纳入新的技术变量。 4.1 车联网（V2X）通信对交通流特性的影响 分析车辆间通信（V2V）和车路协同（V2I）如何改变驾驶员的决策过程。讨论在信息完备情况下，队列内车辆同步加速/减速对消除“幽灵堵车”的潜力，以及如何通过预警信息影响驾驶员的变道概率。 4.2 自动驾驶车辆（AVs）的渗透率分析 探讨不同渗透率水平下，AVs与人类驾驶员（Human-Driven Vehicles, HDVs）混合交通流的特性。分析AVs在跟车距离、反应时间上的优势如何提升道路容量，以及在混合交通中可能出现的协调冲突点。 4.3 动态定价与需求侧管理（DSM）的理论模型 将经济学原理应用于交通管理。构建模型分析动态拥堵收费对出行时间、出行路径和出行需求总量的综合影响。探讨如何设计收费梯度以平抑早晚高峰的交通负荷，实现需求的有效平移。 --- 第五章：交通仿真工具与数据驱动的分析方法 本章侧重于实践应用，介绍如何利用现代计算工具对复杂的交通场景进行建模、验证和预测。 5.1 交通仿真模型的分类与适用性 详细对比微观仿真（如 VISSIM, SUMO）、中观仿真（如 PARAMICS）和宏观仿真（如 FLUIDigm）的数学基础、计算效率与应用场景。重点分析微观仿真中基于Agent的建模方法如何重现复杂的个体交互行为。 5.2 交通数据采集与后处理技术 回顾主流的交通检测技术（地感线圈、雷达、视频检测、GPS/浮动车数据）。重点介绍如何处理和清洗大规模、高频次的浮动车数据（Probe Data），以准确估计网络上的OD分布和时变旅行时间。 5.3 模型校准、验证与敏感性分析 介绍交通模型在实际部署前的关键步骤： 模型校准（Calibration）： 如何系统地调整模型参数（如驾驶员反应时间、饱和流率），使仿真结果与实际观测数据（如断面流量、平均速度）在统计学上保持一致。 模型验证（Validation）： 使用独立的数据集对校准后的模型进行检验，确保其预测能力。 敏感性分析： 探讨模型输出对输入参数微小变化的依赖程度，以评估模型稳定性和可靠性。 本书力求提供一个全面、深入且具有前瞻性的交通动力学理论框架，旨在为交通工程师、城市规划师和科研人员提供理解和优化现代城市交通系统的专业工具。

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这本书的价值远超乎一本纯粹的设计指南。它更像是一本关于“交通哲学”的探讨集。我注意到作者在多个章节中反复强调“以人为本”的设计理念，这在很多硬邦邦的工程书中是很少见的。比如，在讨论行人过街设施时，书中不仅提到了安全岛的宽度，还详细分析了不同年龄段行人的步行速度模型，以及如何通过绿灯相位设计来最大限度减少等待时间，这些都体现了对弱势交通参与者的尊重。我记得有一次我们为一个商业区的交叉口做优化，流量很大，但设计团队总是倾向于优先保障机动车通行效率，导致行人投诉不断。翻阅这本书后，我们尝试引入了“行人优先相位”，虽然对车流产生了轻微影响，但极大地提升了行人满意度，这正应了书中所说的：一个成功的交叉口，必须是所有交通参与者都感到舒适和安全的地方。这种宏观的视角提升，是这本书带给我最大的收获。

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坦白讲，这本书的专业深度是毋庸置疑的，但它的可读性也让人惊喜。我曾尝试阅读一些国外引进的翻译版交通工程书籍，往往因为语言的隔阂和本土化案例的缺失而感到晦涩难懂。然而，这本《道路交叉设计》的文字风格非常流畅自然，用词精准，既有工程师的严谨，又不失科普的趣味性。每一个复杂的设计原则，作者都会用一个生活化的比喻来解释，比如解释“瓶颈效应”时，他会类比于早高峰时段超市收银台前的人群拥挤，一下子就能抓住读者的注意力。我发现自己不是在“啃”一本技术书，而是在和一位经验丰富的同行进行深入交流。这种将高深理论“翻译”成易懂语言的能力，是作者非凡的功力体现。对于刚接触道路设计的年轻学子而言，这本书无疑是最好的敲门砖，它能以最友好的方式，引导他们进入这个精妙而严谨的工程领域。

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说实话，这本书的排版和图例质量，简直是行业的标杆。我手里有很多设计规范和参考书，但很多都是黑白印刷，图示模糊不清。而这本《道路交叉设计》，色彩鲜明，CAD图例清晰到每一个标点符号都能看清楚。我尤其欣赏它对三维空间复杂立交桥的剖面展示，那种立体感让我瞬间就能理解结构受力点和空间流线关系。我特别提一下关于“非平面交叉”章节，它对苜蓿叶、部分苜蓿叶以及环形放射式等几种复杂立交的优缺点对比分析，简直是教科书级别的。书中用了大量的实景照片配合设计图，让我能够很容易地将书本上的理论与我们现实中遇到的工程难题联系起来。对于初学者来说，这本书就像一个经验丰富的老前辈，手把手地教你如何“画”出一个合理的交叉口；对于我这样的资深人士，它更像是一本“错题集”，帮我回顾和修正那些被时间磨损的陈旧认知。

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阅读这本《道路交叉设计》的过程中，我最大的感受是它的“与时俱进”。它没有停留在传统公路工程的范畴内，而是大胆地引入了最新的交通工程技术和理念。比如，关于智慧交通系统（ITS）在交叉口控制中的应用，书中就给予了相当篇幅的介绍，包括可变车道设置、信号配时自适应调整等前沿技术。这对于我们这些需要面对未来交通挑战的工程师来说，是至关重要的。我尤其关注了其中关于“动态交通流管理”的章节，它提供的仿真模型案例，让我对如何应用现代软件工具进行更精确的交通预测有了更深的理解。它不是那种读完就束之高阁的书，而是需要时不时拿出来对照最新的技术标准和发展趋势，随时更新自己知识库的工具书。它让我感觉自己没有被快速发展的技术浪潮甩在后面，反而能站在更高的起点去规划未来的项目。

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这本《道路交叉设计》的书，真是让我大开眼界。我原本以为这只是本枯燥的技术手册，没想到它深入浅出地讲解了各种交叉口设计背后的逻辑和原则。比如，书中对于不同等级公路的交叉口形式选择，分析得非常透彻，从几何线形到交通组织，每一个细节都考虑到了。我记得有一次在现场勘查一个复杂的三级公路交叉口时，我还在纠结于导流岛的设计尺寸，回家翻开这本书，关于最小转弯半径和视距的详细图表和案例分析，立刻为我指明了方向。作者不仅仅罗列了规范要求，更重要的是解释了为什么要有这些要求，这种“知其所以然”的讲解方式，对于我们这些常年在一线工作的工程师来说，太宝贵了。它让我从一个“按图施工”的执行者，转变为一个更具思考能力的方案制定者。特别是关于渠化设计的部分，书中对不同交通流向的冲突点分析，结合实际的交通流量数据，提供了非常实用的改进建议，这比我在学校里学到的知识要深入和实用得多。

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