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《浙江大学》 2004年
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基于元胞自动机的城域混合交通流建模方法研究

张晋  
【摘要】:交通对国民经济的发展具有重要的战略意义,一直是国家重点建设内容。随着各种交通工具数量增长迅速,交通阻塞日趋严重,不仅会引发一系列严峻的社会和环境问题,而且制约经济发展,所以交通问题引起了政府机关、科研机构和学术界,乃至城市居民的普遍重视。交通系统是一个具有严重非线性、强随机性、大时变性、不确定性的复杂系统。要解决交通问题非常困难,除了要充分利用现有交通资源外,更重要的是要利用科学的交通流理论来进行合理的交通规划、控制和管理。交通流理论是发展中的科学,尽管已有部分探讨交通现象的理论成果,但现在还没有形成完整的理论体系。我国的交通流是机动车、非机动车和行人构成的混合交通流,混合交通流独特的构成使交通冲突点的数量成倍增加,加剧了交通阻塞和交通事故的产生,导致交通流的组织规划、管理和控制愈发困难,对我国的交通管理工作提出了更加严峻的要求。因此,对交通流理论的研究,尤其是混合交通流的研究既具有重大应用背景,又具有理论研究意义。 本文通过元胞自动机(CA)交通流理论的研究,结合机动车、自行车的行驶特性和行人的行走特性,分别完成了基于CA的机动车模型、自行车模型和行人模型,并在这些工作的基础上建立了基于CA的混合交通流模型,继而结合多智能体(MAS)技术,建立了一种分布式混合交通流模型,并提出了基于MAS的城域混合交通仿真系统的体系结构。全文主要研究成果总结如下: 1) 提出了一种一维机动车交通流CA模型——双车跟驰CA模型。该模型能够体现出鲁棒性较好的交通流亚稳态特性,而且临界密度高。模型的更新规则完全并行,适用于大规模的交通仿真。通过对模型的理论分析和仿真研究,揭示了亚稳定状态的产生与前车的关联程度以及随机慢化概率的大小都有一定的关系。 2) 提出了一种一维机动车交通流CA模型——可变间距CA模型。该模型假定行驶车辆都趋向于保持期望车头时距,并通过对前车速度的估计,对车速进行同步更新。可通过简单的参数调节使仿真系统未饱和时的车头时距分布符合实际交通特性,从而可以描述多车道公路上比较复杂的交通状况,体现不同道路等级的通行能力。 3) 首次提出了单向自行车二维CA模型。理论研究和仿真验证表明:该自行车二维元胞自动机模型不仅能够灵活有效地描述自行车流的行驶特性,而且其速度—密度特性和通行能力的数值范围均符合实际或经验数值。并利用该模型分析了车道数对单车道自行车通行能力的影响,仿真表明随着车道宽度的增加,单车道通行能力随之增加,但增长幅度呈递减趋势,且车道数目增长到一定数值, 浙江大学博士学位论文 通行能力不再继续增长,完全符合定性分析。该模型扩展方便,为自行车流的研 究和进一步研究混合交通流提供了理论基础。 4)提出了一种二维CA行人过街模型。该模型引入了“停车点”的概念, 不仅能够处理人行横道上行人与行人之间的相互冲突问题,而且能够成功处理行 人与其他车辆的冲突和避让,从而模拟了行人各种类型的道路穿越行为。该模型 易于扩展,对仿真行人过街动态过程非常有效,并已经成功应用于浙江大学智能 交通研究中心研究开发的“城域混合交通仿真与分析系统”软件。仿真验证证明 了模型的有效性。 5)提出一种新的CA模型结构—平行异质CA模型,能够满足在空间、 功能上均呈分布式的大复杂系统的建模需求。 6)利用平行异质CA模型,以混合交通流为应用背景,建立了混合交通流 CA模型。并以机非混合行驶模型为例作了仿真研究,仿真结果验证了模型的有 效性,表明平行异质CA模型非常适于构建混合交通流模型。该探讨无论是对于 CA理论的扩展还是混合交通流理论的研究都具有重要的现实意义。 7)建立了一种基于MAS的分布式混合交通流模型,并提出了基于MAS 的城域混合交通仿真系统的体系结构。所建立的交通流模型能够充分发挥智能体 的自治性和相互协作性,体现我国城域混合交通流的复杂性特点;所提出的交通 仿真系统不仅结构简明严谨、界面友好、易于扩展,且非常适用于智能交通领域。 该研究内容为MAS技术在我国混合交通系统仿真方面的应用研究起了抛砖引玉 的作用。 8)参与设计了城域混合交通仿真与分析系统(SASUMT)及其对实际交通 系统规划方案的仿真验证过程。该系统是一套浙江大学自主研发的城市混合交通 微观仿真系统,实现了对机动车、非机动车和行人的建模以及在复杂路网上运动 的仿真分析。本人作为该仿真软件的设计者之一,独立设计了行人的建模部分, 参与了混合交通建模的指导工作,并在该仿真验证项目中负责仿真分析及方案撰 写工作。 最后在简要总结全文工作的基础上,对相关领域未来的研究方向进行展望。 关键词:交通仿真系统;元胞自动机;交通流模型;自行车模型;行人穿 越模型;混合交通流;智能体;多智能体
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U495

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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5 殷健;;Greenway理论在城市建设中的规划探索——以沈阳为例[A];转型与重构——2011中国城市规划年会论文集[C];2011年
6 罗晓辉;吴海燕;王锐英;张蕊;;城市非机动车综合治理措施[A];第七次城市道路与交通工程学术会议论文集[C];2002年
7 魏威;曾庆济;;构建新一代的城域骨干光网(MON)[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
8 韩西丽;;城市社区非机动车绿色通道的建立[A];北京奥运和城市园林绿化建设论文集[C];2002年
9 张焕国;张家波;张治中;庄陵;;城域RPR网络的扩容方案[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
10 ;中华人民共和国道路交通安全法[A];2007年度中国汽车摩托车配件用品行业年度报告[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;宽带城域商业网的建设思路[N];人民邮电;2000年
2 记者汪敏华;城域光网技术在沪面世[N];解放日报;2002年
3 赛迪顾问战略规划事业部 绎明宇;城域光网遭遇困境图破壁[N];通信产业报;2004年
4 城域以太网论坛总裁 Nan Chen;城域以太网:好日子即将来临![N];网络世界;2004年
5 本报记者 于尚民;全业务宽带瞄准城域核心网演进路线[N];通信产业报;2009年
6 ;城域光网迈向光网络时代[N];人民邮电;2002年
7 ;构建新一代城域骨干光网(MON)[N];通信产业报;2002年
8 北京邮电大学光通信中心 张民;城域光网:在变革中求发展[N];通信产业报;2004年
9 通信产业报记者 张燕玲;城域光网承载内涵日渐丰富[N];通信产业报;2004年
10 ;城域光网 向光网络时代迈进[N];人民邮电;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晋;基于元胞自动机的城域混合交通流建模方法研究[D];浙江大学;2004年
2 安维胜;混合交通流动力学建模研究[D];西南交通大学;2010年
3 蒋海峰;信号交叉口混合交通流干扰机理研究[D];北京交通大学;2008年
4 赵熠;基于图像处理的混合交通流行人和非机动车数据采集理论与方法[D];北京交通大学;2008年
5 李杰;混合交通流的动力学模型及其基本参数研究[D];武汉理工大学;2005年
6 黄玲;混合交通流无信号交叉口自行车微观行为研究[D];北京交通大学;2007年
7 边晓丽;城市信号交叉路口混合交通流动态参数分析及服务水平评价研究[D];武汉理工大学;2012年
8 孟剑平;交通流的介观与微观模型及其应用[D];上海大学;2008年
9 梁春岩;自行车交通流特性及其应用研究[D];吉林大学;2007年
10 刘明君;基于混合交通流的信号交叉口机动车车头时距研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈大飞;基于社会力的城市道路混合交通流建模与分析[D];中南大学;2011年
2 张兰渝;混合交通流下自行车流的混杂建模及研究[D];浙江大学;2011年
3 王明文;非机动车对路段交通流影响的研究[D];北京工业大学;2004年
4 王晓薇;基于GA的交通信号自适应模糊控制研究及仿真软件开发[D];浙江大学;2004年
5 杨贵锋;山区公路混合交通流车辆行为特性研究[D];华南理工大学;2013年
6 胡庆华;基于交叉口混合交通流特性的元胞自动机模型研究与仿真[D];北京交通大学;2012年
7 曾静;混合交通流动力学模型构建与应用研究[D];广州大学;2013年
8 董陈继;平面信号交叉口自行车微观行为研究[D];西南交通大学;2007年
9 沈逢春;基于广义元胞自动机的混合交通流建模研究[D];浙江大学;2012年
10 姚婷;基于元胞自动机的路段混合交通特性分析[D];上海交通大学;2008年
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