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基于元胞自动机的交通流模型研究

邹杰  
【摘要】: 随着国民经济的发展,人们对各类交通的需求不断增加。而交通流量的增长与现有道路状况之间的矛盾日益突出,成为限制社会经济发展的主要因素之一。交通流理论的研究目标是要建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型,揭示交通流的基本规律。开展交通流理论的研究,不仅有着深远的科学意义,而且具有重要的工程应用价值。 论文在元胞自动机理论的基础上,对交通流模型的建模、仿真及其应用等方面进行了研究,主要包括以下内容: 1、对元胞自动机交通流模型进行了分类、仿真以及分析评价。根据元胞自动机交通流模型中车辆占据的元胞个数、车道数量以及模型维数将其分为单细胞和多细胞TCA模型、单车道和多车道TCA模型、一维和二维TCA模型。在此分类的基础上,应用Java程序对每种TCA模型的时空关系和交通流基本图进行了细致的仿真,并结合仿真结果对模型进行了分析和评价。 2、建立了一种改进的NS模型,并对模型的随机特性进行了研究和应用。将一组恒速控制条件引入NS模型的速度控制规则之中,提出了一组新的速度控制规则。在此基础上,将随机减速概率p从新模型中提取出来,作为一个随机参数植入一阶连续介质理论交通流模型(LWR模型)之中,并重构了其交通流基本图。数值模拟结果和实测数据对比表明,这种方法能够较为真实的再现实际交通流特征,并且很好的诠释了交通流的流体力学特性。 3、将车辆的OD属性引入二维的BML模型中,根据系统内车辆是否守恒建立了两种二维TCA模型。定义了模型中车辆的起讫点、起讫距离以及起讫距离的测量方法,并给出了模型中起讫距离概率依从的三种分布方式,即指数分布、幂分布和均匀分布。在此基础上给出了模型中车辆的基本运动规则,建立了车辆守恒的扩展BML模型和非守恒的扩展BML模型。对新建模型以及模型中参数之间关系进行了数值模拟,结果表明:通过合理的选择起讫距离的概率分布形式以及调节模型中参数的大小,可以提高城市道路的通行能力,减小车辆的出行时间。 4、基于元胞自动机的高效运算能力,结合出发时间选择模型、动态路线选择模型和动态网络装载模型,借鉴动态建模的思想,构建了基于元胞自动机的动态交通分配系统框架。 5、在GIS技术支持下,根据以上构建的动态交通分配系统框架,建立了一种用于动态交通分配的多模式、可扩展的路网数据结构。将此数据结构转化为GIS中的属性数据,以实际路网为背景进行了动态交通分配,并根据分配结果对当前路网做出了分析、评价和改进建议。 最后,对论文的工作进行了总结,并指出了下一步需要继续研究的内容。


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