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交通流混沌转化现象研究

李松  
【摘要】: 交通系统是个非常复杂的巨系统,而组成系统的各元素之间又存在着复杂的非线性关系,这就必然导致一些混沌现象的产生,如拥挤的道路上车辆时走时停;交通事故导致的交通堵塞等等。解决这些问题,单靠传统的理论方法,是难以为继的。混沌理论是一种解决非线性问题重要的、行之有效的理论方法,它为我们认识和把握交通流中复杂现象的本质和规律,提供了新的方法和途径。 交通流中存在混沌现象,这一事实已经被一些学者研究并从多角度所证实。交通流的混沌运动和规则运动并不是截然分开的,从有序到混沌、再从混沌到有序,是交通流中普遍存在的一种形式。本文在总结了国内外交通流混沌理论研究现状的基础上,对交通流混沌现象的转化进行了研究,同时对交通流混沌的转化机理、转化的影响因素进行了分析。主要内容如下: 首先,提出了一种基于最大Lyapunov指数的快速判别交通流混沌的改进算法;并应用这种改进算法研究了跟驰模型产生的理论交通流、道路实测交通流和微观交通仿真交通流等三种不同类型交通流中的混沌存在性问题。结果表明:这种改进的算法大大减少了计算量和人为因素的影响,提高了Lyapunov指数的计算精度;同时得出了交通流有序运动中存在交通流混沌的结论。 其次,研究了跟驰模型产生的理论交通流从有序运动到混沌运动、从混沌再到有序运动以及混沌与混沌之间的转化过程,结果表明:交通流混沌产生的过程是一个由发散到收敛的过程;交通流有序运动和混沌运动之间是相互转化的;交通流混沌存在混沌吸引子,混沌吸引子是交通流发散和收敛的中介,是混沌和有序之间的一种状态;交通流混沌是由若干个小的交通流混沌组成的,交通流混沌之间也是相互转化的。 第三,给出了交通流无序的定义;提出了交通流无序度量方法;研究了跟驰模型产生的理论交通流的无序运动与有序运动之间的转化过程;提出了交通流灰色关联熵模型,并应用该模型对交通流无序转化过程作了分析。结果表明:交通流无序转化过程中存在交通流混沌现象,但其转化过程并不等同于交通流混沌运动的转化过程;交通流从无序运动转化为有序运动的必要条件是从外界获得负熵——信息熵。


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