元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型的數(shù)值模擬和相變特性分析.pdf

1、隨著我國改革開放的深入和全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)的實(shí)施,我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和居民生活水平得到了大幅提高,人員和貨物流動(dòng)空前活躍,使道路建設(shè)和交通管理日顯滯后。機(jī)動(dòng)車的擁有量逐日增加,更加劇了交通問題的尖銳性。交通已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素,越來越引起世人的極大關(guān)注。
　　 國內(nèi)外許多學(xué)者從各側(cè)面對交通流進(jìn)行了多方面的研究,提出了眾多交通流模型,力圖揭示交通流的內(nèi)部機(jī)制和規(guī)律,為交通預(yù)測、管理和規(guī)劃提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。由于交

2、通中涉及到的車輛、行人等因素本質(zhì)上講是離散的,而元胞自動(dòng)機(jī)又是一個(gè)完全離散化的模型,所以元胞自動(dòng)機(jī)理論在交通流研究領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。
　　 本文基于元胞自動(dòng)機(jī)NS模型,通過計(jì)算機(jī)仿真,研究了不同入口概率α、出口概率β、車輛最大速度Vmax、隨機(jī)慢化概率ρ下的流量J的變化特征,基于相圖理論,獲得了不同參數(shù)下的NS模型的相圖。并結(jié)合實(shí)際,引入安全概率和考慮僅最高速車輛隨機(jī)慢化,建立了一種改進(jìn)的NS模型。全文工作如下:
　　 首先

3、,建立了開放邊界條件下的TASEP模型,研究了不同入口概率和出口概率下的流量值和密度值的變化特征。對比模型解析解和仿真數(shù)據(jù),驗(yàn)證了模型的正確性,從而間接驗(yàn)證了本文所建NS模型的正確性?；谙鄨D理論,獲得了系統(tǒng)相圖,為NS模型的研究打好了基礎(chǔ)。
　　 其次,針對NS模型中隨機(jī)慢化特性,把NS模型的相看作一個(gè)由隨機(jī)慢化概率和車輛最大速度作為參數(shù)的函數(shù)來研究,研究了不同入口概率、出口概率、車輛最大速度、隨機(jī)慢化概率對流量的影響。通過分

4、析流量變化,得到了臨界隨機(jī)慢化概率ρ(c)等系統(tǒng)產(chǎn)生相變的臨界參數(shù)?；谙鄨D理論,獲得了不同參數(shù)下系統(tǒng)的相圖。研究表明:車輛最大速度和隨機(jī)慢化概率對系統(tǒng)相圖起決定性作用。車輛最大速度在一定范圍內(nèi)的增加能提高系統(tǒng)流量,從而驗(yàn)證了高速公路設(shè)置最低時(shí)速和最高時(shí)速的合理性。隨機(jī)慢化概率的增加會(huì)抑制系統(tǒng)流量,隨機(jī)慢化概率越大,系統(tǒng)的自由流相范圍越小,最大流相范圍越大。Vmax≥3時(shí),NS模型相圖中自由流和堵塞流相被一條曲線分隔,而TASEP模型相

5、圖中自由流和堵塞流相被一條直線分隔。Vmax≥5,ρ小于臨界隨機(jī)慢化概率ρ(c)時(shí),系統(tǒng)相圖恰只由自由流相和堵塞流相構(gòu)成,自由流相和堵塞流相被一條曲線分開;ρ＞ρ(c)時(shí),最大流相出現(xiàn)。
　　 最后,基于NS模型,優(yōu)先考慮了駕駛的安全性,引入安全概率和考慮僅最高速車輛隨機(jī)慢化,建立了一種改進(jìn)的NS模型。研究了不同入口概率、出口概率、車輛最大速度、安全概率對系統(tǒng)流量的影響。仿真數(shù)據(jù)表明:Vmax≥5時(shí),系統(tǒng)的最大流相消失,只有自由