2. 混合交通流建模 【传感器数据融合项目】

交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，它是交通规划、道路与交通工程设计、交通控制与管理等科学技术工程领域的理论基础。

在交通流理论中，反应交通流特征的主要三个参数是：流量、速度和占有率（密度）

• 流量是指在单位时间内，通过道路某一点、某一截面或某一条车道的交通实体数（车辆数）
• 速度分为瞬时速度和平均速度
  瞬时速度：车辆通过道路某一点时的速度
  平均速度：（1）时间平均速度；（2）区间平均速度；（3）时间平均速度和区间平均速度的关系
• 密集度
  占有率：车辆的时间密集度，就是在一定的观测时间T内，车辆通过检测器时所占用的时间与观测总时间的比值。
  密度：车辆的空间密集度，就是某一瞬间单位道路长度上存在的车辆数

关于交通流模型的研究主要分为三大类型：基于连续性描述的流体力学模型、基于概率统计描述的气体动力论模型、基于微观离散描述的跟驰模型和元胞自动机模型等。这三类模型从物理的角度来看，可分别认为是宏观模型、介观模型和微观模型。

• 交通流的流体力学模型
  交通流的流体力学模型将交通流视为由大量车辆组成的可压缩连续流体介质，力图以车辆的平均密度，平均速度，交通流量等宏观量来刻画车辆的平均合作行为。流体力学模型在推动交通流理论的发展过程中，起着非常重要的作用，其中主要的模型有LWR模型、Payne模型等。
• 交通流的气体动力论模型
  研究交通流时不能忽略车辆的个体行为对交通流的影响，个体行为不同会带来不同的集体运动行为。
  主要思想：把每一辆车用一个粒子来表示，那么交通流就被视为由许多相互作用的粒子构成的气体。借鉴于气体运动的统计物理描述方法，引入粒子分布函数，建立类似的Boltzmann方程，通过对Boltzmann方程逐级求解，就可以得到宏观交通流的连续模型。
• 交通流的跟驰模型
  跟驰模型中将交通流处理为分散的粒子组成，以单个车辆作为描述对象，通过研究单个车辆的前后作用，来了解交通流的特性。
  （从力学观点来看，它实际上是一种质点系动力学模型）
  假设车队中的每一辆车必须与前车保持一定间距以免发生碰撞，后车的加速或减速取决于前车，考虑车辆对刺激的反应滞后效应以及车辆运动的随机性，每辆车的运动规律可以通过跟驰模型的微分方程来描述，求解这类微分方程可以确定车流的演化。
  实测数据表明，驾驶员对前方车距变化会发生延迟的反应从而产生小扰动，小扰动沿车流上游传播，经过一定程度的放大后，引起畅行车辆的不稳定，这个不稳定性造成交通"挤压"，导致局部区域车辆密集，阻塞就由此形成。因此，分析跟驰模型的稳定性条件是相当重要的。
• 交通流的元胞自动机模型
  交通流元胞自动机模型弥补了跟驰模型（难以进行大规模交通网络的计算机仿真）和流体模型（忽略了单个车辆的特性，得到的信息不完全）的这些缺陷。
  交通系统从本质上属于离散的非线性动力系统，因此，用元胞自动机模型来描述比较合适，可以高效地在计算机上进行仿真，特别适合仿真由交叉口动力学行为控制的城市密集交通网络以及高速公路的动态行为。
  最有影响的元胞自动机交通模型是NS模型、FI模型和BML模型。
  一维交通流元胞自动机模型（NS模型）
  真实反映绝大多数交通现象，可以较好地再现高速公路车辆运动畅通和阻塞形成的基本特征，适合实时在线工作。
  二维交通流元胞自动机模型（BML模型）
  适用于城市道路交通网，描述二维交通网动态行为的一个简化模型。

1. 对于宏观的流体力学模型便于直观上把握交通流的整体特性，在简化的情况下容易得出解析解，给出交通流的基本行为；但是缺乏考虑各种真实交通条件的灵活性，不容易弄清楚产生交通流复杂行为的机制。
2. 对于微观的跟驰模型和元胞自动机模型，在建模时可充分考虑车辆、人员、道路的特点，灵活适应各种交通条件的变化，容易在计算机上进行仿真，通过仿真结果可看出产生复杂行为的机制；但是微观模型 中与驾驶员相关的参量有很大的主观性，目前无法与实测的物理量建立联系，不容易进行解析分析从而把握交通流的整体行为。
3. 对于介观模型的气体动力论模型，其特点则介于宏观模型和微观模型之间。

总结

      交通流模型作为估测评价密度K、速度V、流量Q交通流三要素基本关系的重要手段之一。目前主要分为三大类：由流体动力学引申的宏观模型、由气体动力学引申的介观模型和由"自驱动"粒子定义引申的微观模型。而微观模型大多是以跟驰模型和元胞自动机（CA）模型为主的。
      针对混合交通流，大多研究采用了元胞自动机模型和车辆跟驰模型，也有少量研究应用气体动力学模型。

混合交通流：由行人、非机动车和不同性能的机动车构成的交通环境。/由自动驾驶与手动驾驶构成的混合交通流环境（目前研究趋势）。