基于元胞自動(dòng)機(jī)仿真的高速公路移動(dòng)瓶頸研究.pdf

1、由于我國(guó)高速公路貨車(chē)超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，高速公路上行駛的重載貨車(chē)對(duì)路段通行能力的折減得到有關(guān)管理部門(mén)和學(xué)者的重視，重載貨車(chē)對(duì)其上游車(chē)輛運(yùn)行所造成的瓶頸影響的范圍、機(jī)理都是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，在國(guó)外有關(guān)研究中被稱為“移動(dòng)瓶頸”，由于“移動(dòng)瓶頸”是一種在時(shí)間上和空間上同時(shí)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，難以觀察和檢測(cè)，所以一直以來(lái)對(duì)移動(dòng)瓶頸的研究都停留在理論假設(shè)的階段。 本文以移動(dòng)瓶頸的形成機(jī)理及其對(duì)高速公路通行能力的影響為研究目的，首先從國(guó)內(nèi)外有關(guān)路段通

2、行能力和移動(dòng)瓶頸的經(jīng)典假設(shè)與基本理論出發(fā)，總結(jié)了關(guān)于重載貨車(chē)對(duì)高速公路影響的各種研究方法，特別是被廣泛應(yīng)用的PCE(當(dāng)量車(chē)折算系數(shù))等效原理方法，在移動(dòng)瓶頸的相關(guān)研究理論中，由Newell的密度-流量曲線理論，提出分析評(píng)價(jià)移動(dòng)瓶頸造成路段通行能力折損的因素，提出相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即上游車(chē)流密度以及移動(dòng)瓶頸本身速度。 元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automaton)是一種基于細(xì)胞演化規(guī)則的仿生模擬方法，為了研究運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)仿真研究

3、移動(dòng)瓶頸現(xiàn)象的可行性，本文以前人在交通流元胞自動(dòng)機(jī)仿真領(lǐng)域的研究為基礎(chǔ)，并在Daganzo等人對(duì)線圈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的研究基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)一段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以流量累計(jì)曲線為基本工具，研究了移動(dòng)瓶頸在時(shí)空運(yùn)行中的時(shí)間變化特性與空間變化特性，研究了移動(dòng)瓶頸試驗(yàn)得到的流量累積曲線與元胞自動(dòng)機(jī)仿真的時(shí)空斑圖的內(nèi)在聯(lián)系，證實(shí)了利用元胞自動(dòng)機(jī)交通流仿真研究移動(dòng)瓶頸現(xiàn)象的可行性。 對(duì)于元胞自動(dòng)機(jī)模型本身，本文以雙車(chē)道對(duì)稱性元胞自動(dòng)機(jī)模型為基礎(chǔ)，

4、改進(jìn)了傳統(tǒng)的STCA模型，得到了一種更安全的雙車(chē)道對(duì)稱性模型，本文的后半部分，以面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)思想，以元胞自動(dòng)機(jī)模型為理論模型，以VC++2005為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了可視化仿真軟件，具有多種的輸入輸出形式，在輸入上既能夠輸入宏觀交通流指標(biāo)如密度、平均車(chē)速信息，又能夠設(shè)定單個(gè)車(chē)輛參數(shù)，在輸出上具有動(dòng)畫(huà)、時(shí)空斑圖、檢測(cè)器流量信息等多種手段，全方位、多層級(jí)、多角度地再現(xiàn)了移動(dòng)瓶頸的時(shí)空運(yùn)行。 最后，本文用模擬的方法驗(yàn)證了前半部分的理論分

5、析與假設(shè)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的手段對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析處理。運(yùn)用回歸分析的方法得到了移動(dòng)瓶頸速度與高速公路路段通行能力呈正比，移動(dòng)瓶頸上游車(chē)流密度在車(chē)流量適中(10veh/km)的條件下，移動(dòng)瓶頸對(duì)路段通行能力影響最大，以及當(dāng)重載貨車(chē)間車(chē)頭間距小于40米時(shí)，對(duì)路段通行能力具有相當(dāng)顯著影響等相關(guān)結(jié)論，并得出了移動(dòng)瓶頸條件下重載貨車(chē)的等效比例系數(shù)。在最后得出的有關(guān)結(jié)論和建議，為高速公路管理部門(mén)更好的制定貨車(chē)行駛規(guī)則、提高高速公路道路交通安全都