[科普中国]-车流冲击波

车流冲击波(shock wave)是指在道路瓶颈附近地段或交通密度和流量的变化处，交通流会产生一个车流拥挤、紊乱乃至堵塞的方向相反的波的现象。就像管道内的水流突然受阻时的后涌那样，其波的传播速度决定于流量变化与密度变化的比值，传播的方向决定于该比值的正负，正值表示波速方向向前，负值表示波速方向向后。

简介车流冲击波(shock wave)是指在道路瓶颈附近地段或交通密度和流量的变化处，交通流会产生一个车流拥挤、紊乱乃至堵塞的方向相反的波的现象。就像管道内的水流突然受阻时的后涌那样，其波的传播速度决定于流量变化与密度变化的比值，传播的方向决定于该比值的正负，正值表示波速方向向前，负值表示波速方向向后1。

干道车流运行特性干道运行时间是干道车流运行分析的一个主要指标，预测干道运行时间是了解车流运行规律，对干道进行有效管理和控制的重要手段，是交通专家正在积极研究的一个热点问题它的有效预测对于解决交通拥挤问题、建立自适应交通控制系统具有重要意义。这方面的研究已经产生了许多新的方法，如神经网络、回归模型、模糊预测等其中神经网络模型具有快速记忆、自学习等能力，但容易陷人局部最小，难以达到完全收敛回归模型具有较强的非线性映射能力，但其实际应用效果还有待进一步检验与这些方法相比，传统的交通流体力学虽然存在求解复杂、计算时间长等不足，但由于它能形象、准确描述交通流的运行特性，使得不少学者仍致力于研究改进它的预测方法就是对传统流体力学的一种改进研究1。

交通流流体力学建立发展起来的传统的交通流流体力学理论已被公认为是分析交通现象的最有力工具之一在交通的某些领域，如单个信号交叉口和高速公路等设施上，已得到具体应用，但在城市干道的运行分析方面应用较少，我国这方面的研究更少用冲击波分析技术对信号控制下的城市主干道的交通流运行状况进行模拟，是一项很有意义的尝试2。

冲击波理论交通流流体力学理论将交通流比拟为一种流体，根据流体动力学的基本原理，模拟流体的连续性方程，从而形象地描绘出连续车流的运动变化过程该理论把车流密度的变化，比拟成水波的起伏而抽象成车流波冲击波当车流因道路或交通状况的改变而引起密度的改变时，在车流中产生冲击波的传播，通过分析冲击波的传播速度，以寻求车流流量和密度、速度之间的关系，并描述车流的拥挤-消散过程因此，该理论又可称为车流波理论即冲击波理论。

该理论发展是假设交通流状态是瞬时变化的，并且暗含即使道路下游很宽松，处于某种特殊流状态下的头车司机也不会提高其车速只要确定信号交叉口引道处交通流的状态，即知道引道处的流量-密度关系，就可以采用冲击波分析技术来分析信号交叉口处的车流运行了交通流体力学理论可以较形象真实地描述车流的运动情况，但它需求解大量的偏微分方程，计算复杂，运算时间长，不太适应信号控制道路网络中对模型的准、快的要求，因而在一定的精度下，寻求一个简便、快捷的近似模型来代替它是一件非常有意义的工作比3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学