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《江汉大学》 2017年
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基于元胞自动机的交通建模与仿真研究

胡凯  
【摘要】:交通建模与仿真是一种通过建造道路交通模型,对道路中行驶车辆的状态、拥堵现象和交通信号灯控制管理方法进行研究,从而得到改善复杂道路管理手段的一种仿真技术。建立模型的不同、仿真方法的差异,对仿真结论的准确性和应用价值有着影响。本文主要以元胞自动机模型为基础,针对交通流相对较小且车速不是特别快的单车道情形,建立一维的交通流元胞自动机模型(Nagel–Schreckenberg model),分析路口处车辆进入概率和车辆驶离概率对道路交通流量、车辆密度和平均车辆速度的影响;针对双车道的情形,考虑两股车道上有车辆换道时对交通流的影响,分析在双车道上的车辆行驶状况,最后综合比较单车道和双车道的交通流特性,联系路口、路网的信号管理,找到解决和减少道路拥堵的方法。该研究可以用于指导实际的城市交通管理和优化问题,提高城市的交通服务水平,解决理论与实际相结合的问题。在基于元胞自动机的单车道模型中,本文从单车道、双车道的NS模型入手,分析不同道路交通的临界条件对车辆通行能力的影响,对进入路口的车辆平均到达率和驶出路口的车辆驶出率分别进行研究,得出两者与车辆通行能力的关系。在路段入口处,针对车辆平均到达率的不同取值,对单车道的NS模型的路段平均密度、车辆平均行驶速度、平均车流量分别进行了仿真分析,从仿真结果得到了车辆平均到达率的变化对路段平均密度、车辆平均行驶速度、平均车流量的影响。在路段出口处,针对车辆驶出概率的不同取值,同样对单车道的NS模型的路段平均密度、车辆平均行驶速度分别进行了仿真分析,从仿真结果又得到了车辆驶出概率的变化对路段平均密度、车辆平均行驶速度的影响。针对单车道的NS模型的仿真实验,仿真结果表明入口处车辆平均到达率和出口处车辆驶出概率对反映车辆在单车道的行驶特性是有关键影响的,对治理与上述模型相似的道路交通通行能力问题有较大的研究意义。在基于元胞自动机的双车道模型中,进行双车道仿真和路口优化设计,同样分别得到了进入路口的车辆平均到达率和驶出路口的车辆驶出率对道路交通的密度、车辆平均速度、平均交通流量的具体影响。从仿真实验的结果可以发现,在双车道时,由于车辆换道的出现,使得更多的车辆能够进入道路,交通密度增加,虽然车辆的平均速度比单车道降低,但总体的车流量增加了。最后,本文又分别对单交叉口信号控制和多交叉口信号协调控制进行了分析研究,针对以上两种情况分别采取了优化设计,提出绿信比优化和绿波带控制等交叉口信号控制方法,在节约能耗、降低环境污染的同时,改善了道路交通状况,为建设智慧城市、平安城市、智慧交通,从城市交通的发展战略规划,发展先进的交通管理与控制技术上提供了参考的意见和研究的价值。
【学位授予单位】:江汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U491

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