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《西南交通大学》 2003年
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基于元胞自动机的交通流研究

刘永欣  
【摘要】: 随着我国国民经济的迅速发展和城市化进程的加快,城市交通堵塞日益严重。如何采取措施改善交通状况是一项亟待解决的问题,而交通流规律的研究和交通本质的认识可以为我们提供理论依据和参考。高速公路修建的指数增长更加需要精确和可靠的方法进行交通流的建模和预测,交通流的建模和仿真提供了对交通流的微观和宏观的观测,因而成为交通工程中的重要分析工具。 本文首先介绍了元胞自动机理论的理论,元胞自动机模型把复杂系统量化为简单的个体。在元胞自动机模型中,空间、时间都被离散化,每一个相互作用的单元仅为有限的状态。以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟模型,标定了元胞长度和最大速度等参数,继而提出反映车辆在路段上自由行驶、跟驰行驶减速行驶等交通行为的元胞自动机规则,并对各种规则进行了详细说明。在元胞自动机交通NaSch模型和FI模型的基础上,基于交通流中实际车辆的慢起动行为,进一步提出一种新的一维交通流元胞自动机模型,在临界密度附近,存在着亚稳态和滞后现象。利用面向对象的JAVA语言,设计实现了CATS仿真系统,模拟了各种一维周期性边界条件下高速公路上车流运动,显示了交通流的各种现象。例如从自由相到堵塞相的相变行为、临界性和自组织临界性、亚稳态和相分离等。采用统计物理的分析方法进行了分析,其中应用平均场理论对交通流的流量、密度和速度间的基本关系进行了求解。最后,对拥挤交通的交通堵塞进行了分析,从交通崩溃的角度,例如交通从自由流线型交通到堵塞交通的过程,得到结论为:当堵塞流出量的车头时距大于高密度时的车头时距时,堵塞稳定存在。另外,对交通流的自组织的可能性进行了讨论,对交通流的分形和耗散进行了初步的研究。 本论文的研究对交通组织和管理均具有重要的理论和实践意义。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U491

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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