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混合车辆元胞自动机交通流模型的研究

邝华  
【摘要】:随着社会经济的发展,交通流量的增长与现有道路状况之间的矛盾日益突出,已成为制约城市经济发展的主要因素之一。因此,近年来交通问题受到了国内外专家们的重视,提出了各种各样的交通流模型,其中,元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)交通流模型的研究受到了广泛的关注。元胞自动机模型是一种时间、空间和变量均离散的数学模型,具有算法简单、灵活可调和计算效率高等特点,是研究非线性复杂系统的有效工具,具有广阔的应用前景。 本文的工作主要是在现有元胞自动机交通流模型的基础上,提出更符合我国实际情况的混合车辆交通流模型。通过计算机数值模拟,发现了交通系统中出现的各种非线性现象,并结合实际交通,对混合车辆交通的特性进行了分析和研究。 本文的主要工作由五部分组成: 1. 针对实际交通中不同类型的车辆混合,在NS模型的基础上,提出了周期边界条件下的多速混合车辆单车道元胞自动机交通流模型。数值模拟发现:混合车辆流的流量与速度完全由慢车的流量与速度决定,这是混合车辆在单车道上行驶的最大交通特点。 2. 由于车道上的车辆数是不断变化的,因此为了更好的反映现实交通现象,提出了开放边界条件下的多速混合车辆单车道元胞自动机交通流模型。除了考虑产生概率 、消失概率 、随机减速概率p、车道长度L以及不同类型车辆产生概率 对混合交通系统的影响外,模拟结果还与开放边界条件下的NS模型结果进行了比较,发现开放边界条件下的混合交通呈现出了一些新特点和新现象。 3. 在SDNS模型的基础上,考虑混合车辆之间存在的速度差异,不同车辆的驾驶员在对前车的敏感驾驶随机减速行为过程中,其延迟概率是不同的,从而提出了一维多速混合车辆敏感驾驶元胞自动机交通流模型。数值模拟得到了混合车辆在不同参数下的基本图,结果表明,与NS模型、SDNS模型相比,道路交通流量有较大的提高,而且还展现出了亚稳态,相分离等复杂的实际交通行为现象。 4. 实际交通系统中,道路都是由多条车道组成的,因此为了更好的反映现实交通现象,提出了多速混合车辆双车道元胞自动机交通流模型。模拟结果发现,双车道混合交通与单车道混合交通相比,不但提高了车辆的流量,而且还充分地利用了道路的使用率。但是,双车道混合交通与双车道非混合交通流相比,它更容易发生局部拥挤现象与时停时走现象,其结 WP=3 果导致交通流量下降。 5. 提出了城市公交停靠站的混合交通流模型,研究由小轿车和公交车所组成的混合交通系统在混合比例系数f、公交车最大载客量Fmax、车站数n以及初始密度比例系数a四个不同参数条件下模型的性质,重点分析和讨论了公交停靠站对混合交通流的影响,这为解决城市公共交通瓶颈问题、公共交通管理和控制提供了一定的依据。 最后,总结了本文的工作,并指出了若干有待进一步研究的问题。


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