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第四章交通流理论

交通流理论(TrafficFlowTheory)是研究交通流随时间和空间变化规的模型和方法

体系，被广泛应用于交通系统规划与拦制的各个方面。批注［UI］：前吉.部分是否过于简单,与其他章®不协调

第一节交通流理论的发展历程

在本节中，我们一起回顾交通流理论的发展历程。交通流理论的兴起大致在20世纪30

年代,在2。世纪5。年代到60年代经万了繁荣和快速发展.7。年代以后,主要是对既有理

论的发展完善和应用拓展。

一、交通流理论的萌芽期

萌芽期从20世纪30年代到第二次世界大战结束。由于发达国家汽车使用和道路建设的

发展，需要探索道路交通流的基本规，产生了研究交通流理论的初步需求。Adams在1936

发表的论文中将概率论用于描述道路交通流，格林息尔治(Grccnshidds)在1935年开创性

提出了流量和速度关系式(也就是格林息尔治关系)，并调查了交叉I」的交通状态。

二、交通流理论的繁荣期

繁荣期从第二次世界大战结束到20世纪50年代末。汽车使用显著增长和道路交通系统

建设加快，应用层面对交通特性和交通流理论的研究提出了急切需求。此阶段是交通流理论

最为辉煌的时期，经典交通流理论和模型几乎全部出自这一时期。交通流理论中的经典方法、

理论和模型相继涌现，如车辆跟驰(Car-following)模型、不流波动(KinematicWave)理

论和排队论(QueuingTheory)(

这一时期群星闪耕?，许多在自然科学其他领域中的大师级人物(如数学家、物理学家、

力学家、经济学家)都投入到交通流理论的研究中，其中不乏诺贝尔奖金的获得者，如1977

年的诺贝尔化学奖获得者伊亚•普列高津(IlyaPrigoginc).著名人物有赫斐(Herman).

鲁切尔(Reuschel).沃德卢普(Wardrop),派普斯(Pipes),莱特希尔(Lighthill),患

特汉(Whitham),纽维尔(Newell)、盖热斯(Gazis)、韦伯斯特(Webster)、伊迪(Edie)、

福特(Foote)和钱德勒(Chandler)。

距今六十多年过去了，前辈当初是如何创建交通流理论已经变得有些模糊，交通流理论

的先驱之一Newell为此特意报了一篇立文^MemoirsonHighwayTrafficFlowTheoryinthe

1950s》，刊登在运筹学的顶级刊物WpcralionsResearch^2002年第I期h(交通流理论的

许多早期成果都发表于这本刊物)，回顾大师们是如何投身到这一崭新的领域中来，沿用至

今的方法和模型当初是如何建立的。以下我们摘录一部分。

1952年，Wardrop在其论文中提出了用户最优与♦系统最优”，也就是我们在交通系统

规划四阶段法之交通分配中广为应用Wardrop第一平衡原理和第二平衡原理，1954年，美

国Brown大学应用数学的著名教授WilliamPrager,做了公路交通“流体理论”的讲演，他所

描述的理论实质上是后来LighthiH和Whitham(1955)发表的著名论文中的内容。1954年，

Edie在O《pcralionsResearch》上发表了公路收费站延误的论文。1955年，Newell一篇关于

低密度交通的论文发表在＜OperationsResearchX。1955年，Lighthill(一位流体力学、空

气动力学等领域的世界权威)和Whitham将交通流比拟为流体，提出了流体力学拟理论

(或称车流波动理论)，而在1956年Richards提出了类似的激波理论。1955年，Daniel

Gerlough发表了一篇用Poisson分布描述交通的论文，倡议公路研究委员会(Highway

ResearchBoard(HRB),即后来的TRB