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城市主干道交通流的分形理论与系统模拟

张莉  
【摘要】:随着我国人民生活水平的不断提高,城市交通阻塞现象日趋严重。基于现有交通控制理论建立的各种先进的城市交通控制系统,无法完全适应我国目前的混合交通现状。分形理论是解决非线性、复杂问题的有效工具之一,用分形理论解决复杂的交通流问题将会为新型交通控制系统的开发提供新的思路。 本文介绍了国内外交通控制理论的发展以及各种控制理论的优点和缺点,阐述了传统交通流识别在识别方法上存在的一些问题。在对交通流流体力学理论和跟驰理论进行分析的基础上,论述了城市信号控制交叉路口交通流的分形分类原则和形成依据,证明了主干道上的主交通流具有自相似性和标度不变性,主交通流组成的主车流图形属于分形,并提出交通流视频识别是提高交通流控制质量的现代化手段和实现交通流分形几何控制的最佳途径,指出交通流几何识别方法具有独特的优越性,尤其适合我国的交通实际。同时,用数学方法描述了交叉路口分形交通流的数学关系,建立了相应的数学模型,并通过哈尔滨市某信号控制交叉口的实测数据验证了该模型的正确性。在介绍分形维数理论的基础上,结合实际情况,给出了主车流维数的计算方法,并得到实际主车流图形的维数为1.749,进一步证明主车流图形具有分形特性。此外,对交叉路口交通流视频动态模拟软件的五大模块进行了论述,给出了交通流分形几何视频识别参数的标定原则以及交通流计算机模拟的具体方法。通过分析现有交通控制系统中硬件技术存在的问题,阐述了交叉路口交通流分形几何控制系统相关硬件系统的结构、设计原则、选取及布置方法。最后,本论文得出的结论是,应用分形理论的城市交通控制系统是符合我国国情的新型控制系统,它将大幅度提高我国城市主干道上的主车流流速,减少排放污染,改善人民的生活环境。


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