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基于元胞自动机的交通流建模及其特性分析研究

孔宪娟  
【摘要】: 本文运用元胞自动机理论,针对道路和轨道交通系统中交通流的复杂现象进行了建模和分析,如车辆跟驰、换道超车、列车的追踪运行、列车延误的传播等现象,并讨论了这些交通流现象的形成机理和影响因素。本文的主要工作和创新点包括道路交通系统和轨道交通系统中交通流的建模及其特性分析两个部分。 道路交通系统的交通流建模及其特性分析包含以下两个方面: 1、提出一种同时考虑了近邻车辆和次近邻车辆影响的单车道元胞自动机模型。该模型与NaSch模型相比,有如下特点:1)新模型能模拟出某些复杂的交通现象,如时走时停等现象,且最大流量和临界密度比NaSch模型更加符合实际;2)文中讨论了近邻和次近邻车辆的敏感系数对流量和临界密度的影响。 2、将考虑了近邻和次近邻车辆影响的单车道元胞自动机模型推广到具有快慢两条车道的双车道系统中。考虑了次近邻车辆影响的双车道元胞自动机模型有以下特征:1)能够呈现真实交通中的某些现象,如时走时停和密度倒置现象等,且最大流量和临界密度有了显著提高;2)不同的快慢车道初始状态密度分布对模拟结果有很大影响,两车道初始密度相差越大,双车道系统的换道率越大;3)讨论了近邻和次近邻车辆的敏感系数的影响。 轨道交通系统的交通流建模及其特性分析包含以下两个方面: 3、提出一种基于移动闭塞信号系统的混行列车的轨道交通元胞自动机模型,模拟不同类型列车混行系统的轨道交通流特性。模拟结果表明:1)本文的模型能模拟出轨道交通中交通流的一些复杂的现象,例如列车的追踪运行和列车运行延误的传播等;2)列车没有产生延误时的交通流时空图也是不均匀的,快慢列车的最大速度相差越大,曲线差异越大;3)车头间距受快慢列车追踪顺序的影响;4)讨论了快慢列车的追踪特性,以及发车间隔时间、停站时分及站后安全防护段等因素对列车追踪运行的影响。 4、提出一种车站由多条股道组成的轨道交通元胞自动机模型,讨论了车站对列车追踪运行和延误传播的影响。模拟结果表明:1)采用“正线通过、侧线到发”方案的延误比采用“三条股道作用相同”方案的延误要大;2)车站股道数量的增多,除了增大了线路的通行能力之外,还能减少一部分站前列车的延误;3)列车在车站的停站作业和竞争有限的资源(如股道和安全防护段)引起列车间间距的变化是造成列车运行延误的主要原因,讨论了站前和站后列车运行延误的影响因素;4)列车的不同的发车顺序对列车运行延误的产生和传播也有很大影响,表明了行车组织的重要性。


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