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驾驶行为与交通信息影响下的交通流动力学建模及复杂特性研究

何桂福  
【摘要】:随着社会经济的飞速发展,城市交通问题日益凸显,尤其是交通拥堵已成为严重制约城市可持续发展的重要原因。驾驶行为和交通信息对交通的畅通性有着重要的影响,因此开展驾驶行为与交通信息影响下的交通流动力学建模及复杂特性研究,具有重要的理论意义和现实应用价值。本文考虑车辆群体行为、驾驶员对过街行人的避让行为和智能驾驶行为,建立相应的元胞自动机交通流模型,进行数值仿真,研究了驾驶行为和交通信息影响下的交通流的宏观和微观特性,分析了诱发交通拥堵的机理,探讨提高交通畅通性的策略。本文的研究亦可为道路合理规划、设计及管理提供有价值的参考。全文的主要工作如下:一、针对车辆结伴出行特点,建立考虑结伴行为的双车道元胞自动机交通流模型。运用计算机进行数值模拟,研究车辆结伴出行时交通流的特性,探讨其诱发交通拥堵的微观机理。基于现实中车辆结伴出行的现象,建立了一个考虑车辆结伴行为特点的双车道元胞自动机交通流模型,研究了车辆结伴行为对交通流影响,并对交通流的微观特性进行了分析。研究表明:结伴车辆中头车的等待行为易导致交通流中出现低速运行区域,形成移动的交通瓶颈,在中低密度下将降低道路的通行能力;在中等密度下,由于结伴车辆形成的移动瓶颈,使得系统出现了速度平台,系统速度要比无结伴车辆时要低;而在高密度情况下,结伴车辆中后车的追赶行为使得系统流量略有提高。本文的研究可为实际交通管控提供有价值的参考。二、分析无信号灯人行横道路段中驾驶员对过街行人的避让行为特点,建立相应的元胞自动机交通流模型。通过计算机仿真,研究驾驶员法定礼让和过度礼让行为对通行能力的影响,探讨这两种礼让行为下交通流的特性。在无信号灯人行横道路段中,针对现实中法定礼让和驾驶员出于安全考虑的过度礼让行为,对应建立了的三车道元胞自动机交通流模型。作出了法定礼让和过度礼让行为的交通流相图,研究了这两种礼让行为对交通流的影响,并进行了对比分析。研究表明:在两种礼让行为下,系统均存在从自由流转变为拥堵流的交通相变现象,过度礼让比法定礼让的临界值要低;过度礼让更易使交通流进入拥堵状态,法定礼让时交通流畅通性相对较好,现行的法定礼让规定具有合理性。三、基于智能车获取交通信息和行驶的特点,建立具有智能车和普通车的元胞自动机混合交通流模型。研究了智能车对交通流的影响,分析交通流的微观机理,探讨智能车的信息选择行为对交通流的影响。考虑智能车可探测一定范围内车辆实时信息及智能变速的特性,建立了具有智能车和普通车的元胞自动机双车道混合交通流模型。研究了智能车对交通流的影响,分析了智能车的行为特点。研究表明:系统的最大流量和临界密度均随智能车占有率的增大而增大,智能车占有率越高越有利于提高交通的畅通性;智能车中有价值换道比率要高于普通车,智能车更能有效的利用道路。在系统处于拥堵相时,系统密度存在阈值,若系统密度小于阈值,如果智能车越倾向以前方车辆的速度来调整自身车速,越有利于提高系统流量,而当密度大于阈值时,如果智能车越倾向以后方车辆的速度来调整自身车速,越有利于提高系统流量。最后,对全文进行总结,并对下一步研究工作进行展望。


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