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基于元胞自动机的快速路交通流建模与仿真研究

熊胜辉  
【摘要】: 随着我国的交通设施建设资金投入不断增加,城市化、机动化进程迅速加快,城市快速路迅猛发展,已经成为联系城市各区域的重要干道。在快速路系统中,两个相邻匝道的距离较近时,会形成交通冲突区,即交织区;交织区在入口匝道和出口匝道处经常造成交通拥塞,严重影响了快速路的重要功能,成为制约城市交通的一个瓶颈。长期以来由于受技术手段等原因的限制,对交织区交通流特性方面的研究较少;随着计算机仿真技术的不断发展,可以利用该技术对其进行研究。元胞自动机作为一种离散性微观模型,关注交通流中个体车辆的运动状态,可以方便灵活地修改其更新规则,适合用于快速路交通流仿真研究。 本文首先对交通仿真技术及其研究现状进行了分析,论述了元胞自动机技术及其在交通仿真中的应用。重点对交织区交通流规律进行研究,基于元胞自动机理论建立了交织区断面发车模型和仿真模型,并在此基础了设计开发了一个交织区交通仿真原型系统。本文主要工作如下: (1)在交织区实测数据的基础上,利用统计学、概率学方法对交织区各入口断面的车辆到达规律、车速规律进行了研究,建立了交织区断面发车模型,给出了模型实现的计算机算法,并利用实测数据确定了相关参数,进行了拟合检验。建立的模型参数易于修改,具有很好的通用性。 (2)充分考虑到辅道交通流对交织区的影响,以元胞自动机NS模型为基础,通过设定跟车规则、换道规则,对一个包含入口匝道、出口匝道、主线车道和辅道的快速路交织区系统建立模型进行微观仿真。仿真得出交织区长度对流量、密度、速度等交通流参数的影响及最优交织区长度参考值,并用HCM经验公式的计算结果验证了模型。 (3)在建立断面发车模型、仿真模型的基础上,采用面向对象方法设计开发了一个交织区交通仿真原型系统。该原型系统能对不同交通流条件下的快速路交织区进行仿真,且方便修改仿真参数,具有良好的可扩展性、灵活性和交互性。


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