路口瓶頸處交通狀態(tài)的相圖及元胞自動機(jī)模型研究.pdf

1、如今，交通擁堵已經(jīng)成為城市公害，它增加能源消耗，導(dǎo)致環(huán)境污染，成為制約我國大中城市可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)。解決交通擁堵的根本出路在于發(fā)展交通科學(xué)技術(shù)，開展交通流理論研究。交通流理論研究的目標(biāo)是建立能描述實(shí)際交通一般特性的交通流模型，尋找交通流的基本規(guī)律，以揭示交通擁堵產(chǎn)生的機(jī)理。只有這樣，才有可能實(shí)現(xiàn)從”治標(biāo)”到”治本”的轉(zhuǎn)化，為現(xiàn)代城市的可持續(xù)快速發(fā)展提供基本保障。因此，很有必要開展交通流理論的研究。
　　 元

2、胞自動機(jī)是一種空間、時(shí)間和變量均離散的數(shù)學(xué)模型，具有算法簡單、物理圖像清晰、并行程度高等優(yōu)越的特點(diǎn)。元胞自動機(jī)方法和相關(guān)的建模技術(shù)是描述、認(rèn)識和模擬復(fù)雜系統(tǒng)行為的強(qiáng)有力的方法。如今，它已被廣泛用于交通系統(tǒng)的研究，各種元胞自動機(jī)交通流模型也已陸續(xù)地被提出。由于在該模型中便于考慮各種實(shí)際交通因素，因此正被廣泛用于研究交通流的各種復(fù)雜現(xiàn)象。
　　 基于交通動力學(xué)研究的復(fù)雜性和豐富性的特征，并在對國內(nèi)外交通流理論的研究動態(tài)充分調(diào)研的基礎(chǔ)

3、上，本論文選取了若干受到廣泛關(guān)注的動力學(xué)問題進(jìn)行研究。研究內(nèi)容包括一維、二維交通流的建模與模擬，路口瓶頸處交通流的數(shù)值模擬及理論分析研究。
　　 首先，一維元胞自動機(jī)交通流模型的研究：
　　 1、經(jīng)典的Nagel-Schreckenberg模型中的隨機(jī)慢化規(guī)則可以捕捉由于人的行為、各種外界條件等因素導(dǎo)致的固有的速度漲落，是產(chǎn)生自發(fā)的阻塞現(xiàn)象的關(guān)鍵，同時(shí)也引入了駕駛員因隨機(jī)剎車導(dǎo)致的過度反應(yīng)。本論文對其隨機(jī)慢化規(guī)則進(jìn)行了改

4、進(jìn)：當(dāng)車輛的期望速度小于它本身的車頭距時(shí)，以及車輛以速度等于1行駛時(shí)且等于車頭距情況下，車輛也無需隨機(jī)慢化；由于在單車道模型中不允許超車，只有當(dāng)某個(gè)車輛的期望速度等于它車頭距時(shí)，考慮到行車安全，車輛需要以一定的概率進(jìn)行慢化。計(jì)算機(jī)模擬表明，本文改進(jìn)模型的基本圖敏感地依賴于延遲概率。與Nagel-Schreckenberg模型相比，本文模型中系統(tǒng)的最大流量值更接近實(shí)際道路測量結(jié)果，速度分布更為合理。因而，本文模型更適合模擬實(shí)際道路交通。<

5、br>　　 2、本論文研究一維混合交通流的車間距的分布特性。計(jì)算機(jī)模擬表明，對于給定混合比例的系統(tǒng)，在低密度及中間密度情況下，其車間距分布情況因隨機(jī)慢化概率不同而不同。對于給定隨機(jī)慢化概率的系統(tǒng)，在低密度的情況下，混合比例系數(shù)對其車間距的分布有很大的影響。
　　 其次，構(gòu)建路口瓶頸處交通狀態(tài)的相圖：
　　 1、本論文研究了由兩條相互垂直的單車道構(gòu)成的十字路口交通流模型的相圖，此兩車道均采用周期邊界條件且并行更新。車輛的

6、更新采用Fukui-Ishibashi確定性模型的演化規(guī)則且在十字路口處車輛不允許轉(zhuǎn)向。其中，如果在十字路口上游的兩條道上各有一輛車要占據(jù)或經(jīng)過十字路口，需要遵循收益動力學(xué)的減速規(guī)則。依據(jù)構(gòu)建相圖的原則，本論文繪制了各種最大速度情況下的流量相圖，通過比較發(fā)現(xiàn)它們均具有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與最大速度有關(guān)。并采用理論分析的方法推導(dǎo)了相圖中各個(gè)區(qū)域的流量公式，這些結(jié)果也被計(jì)算機(jī)模擬所證實(shí)。
　　 2、類似于上面的研究，只不過模型中車

7、輛的更新采用Nagel-Schreckernberg確定性模型的演化規(guī)則。本部分也繪制了各種最大速度情況下的流量相圖，也采用理論的方法推導(dǎo)了相圖中各個(gè)區(qū)域的流量公式。本論文中采用的理論分析方法不僅簡單，而且可能被廣泛地應(yīng)用于其它交通瓶頸問題的研究。
　　 最后，提出了車輛可以換道的二維Biham-Middleton-Levine元胞自動機(jī)交通流模型：
　　 本論文在經(jīng)典的Biham-Middleton-Levine模型基