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《广西师范大学》 2004年
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三车道元胞自动机交通流模型的研究

吴大艳  
【摘要】:交通被喻为国家的“动脉”,高效的交通系统都是经济增长的必要保证。交通系统的规划、设计 和运作要求有能反映交通现象基本特征的交通模型。在众多的交通流模型中,元胞自动机因其简单有 限性、并能在计算机上方便实现而备受注目。 元胞自动机(CellularAutomata,简称 CA)是空间、时间和状态都离散的非线性动力系统,它用简 单的规则在计算机上模拟各种复杂的自然现象和物理现象,并取得很好的结果,启发人们用它来模拟 交通问题。 本文以三车道高速公路为研究重点,具体内容如下: 首先综述了交通流模型理论,并在此基础上,将原始的 NS 模型应用和推广到三车道高速公路交 通流模型中,并采用周期性边界条件,考虑道路系统是一个闭环,即一辆车从路段出口离开,马上从 入口进入路段。 在第二章,建立三车道无管制 CA 交通流模型:车道不作限制,三条车道都为行车道,在车道上 行驶的车辆具有相同的性能,并允许车辆在任意车道上超车。计算机数值模拟结果表明,在相同情况 下,三车道无管制交通流模型所得到的基本图显示出交通流量比单车道 NS 模型大,在车流状态的演 化过程中,通过确定车辆减速概率来控制车流量、车道利用率,适当选取减速概率,可以改善车流量 状况、提高车道利用率;同时,分析了不同的换道概率对交通流特性的影响,发现减少不必要的车辆 换道行为可以使驾驶更安全。 然后,在已提出三车道无管制 CA 交通流模型的基础上,将第一车道规定为超车道,建立三车道 有管理 CA 交通流模型:车道作限制,第一车道为超车道,第二、三车道为行车道,在车道上行驶的 车辆具有相同的性能,且在超车道上行驶的车辆必须回到第二车道上行驶。模拟结果表明,在参数相 同情况下,三车道有管理交通流模型的交通流特性与三车道无管制交通流模型相似,但系统换道频率、 车道利用率却有差异,从而说明三车道有管理交通流模型增加了车辆驾驶的安全性。 接下来,在三车道无管制单一车辆交通流模型的基础上,考虑慢车的影响,提出一个三车道无管 制混合车辆 CA 交通流模型:车道不作限制,三条车道都为行车道,但在车道上行驶的车辆性能不相 同,并允许这两种类型的车在任意车道上超车。研究结果表明:在减速概率相同的情况下,三车道无 WP=3 广西师范大学硕士研究生学位论文 管制混合车辆交通流模型的系统流量、速度在低密度区介于单车道上只有快车、只有慢车的 NS 模型 (或三车道无管制单一车辆交通流模型)之间,然而随着密度增大,此模型所对应的系统流量、速度 大于单车道上只有快车、慢车的情况,但在高密度区,三者的系统的流量、速度却相等;并考虑了换 道概率影响,不同的换道概率在一定密度区对系统流量有影响,且随着密度增加,系统换道频率出现 两个峰值;当三车道上有慢车行驶时系统最大的流量、速度均小于三车道只有快车行驶的情况,且临 界密度点右移;改变初始密度比,对系统交通量没有影响。 最后,在三车道无管制混合车辆 CA 交通流模型的基础上,慢车初始分布在第三车道上,提出一 个三车道有管理混合车辆 CA 交通流模型:车道不作限制,车道上行驶的车辆性能不相同—快车、慢 车,但超车到第二车道上行驶的慢车,一旦条件满足,必须回到第三车道上行驶。计算机数值模拟结 果表明,在减速概率相同的情况下,与三车道无管制混合车辆交通流模型相比,在三车道有管理混合 车辆交通流模型中,快车流量、速度增大,且道路容量有较大提高;并考虑了换道概率影响,不同的 换道概率对交通量几乎没有什么影响,且车辆的换道行为主要发生在中间密度区;当系统只要存在慢 车,对应的最大流量、速度要小于三车道无管制单一快车的情况;若改变初始密度比,在一定的密度 区对系统交通量有影响。
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U491

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