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城市交通瓶颈的交通流元胞自动机模拟研究

肖世发  
【摘要】:元胞自动机是时间、空间都离散的研究非线性动力学系统的一种新方法,它用简单的规则在计算机上模拟各种自然和社会的复杂现象取得了较好的结果。由于它具有易于在计算机上进行模拟运算并且灵活可调的特性,近年来在各个学科中都得到了广泛的应用。特别地,元胞自动机在研究交通流问题上取得了很大的进展。 在交通理论发展的过程中,交通堵塞形成与疏散的研究一直都是科学家广泛关注的一个方面。由于各种现实条件的影响,各种交通中总存在着不同的交通瓶颈:有交通事故造成的瓶颈、有道路不均匀造成的瓶颈、有上下匝道造成的瓶颈。在交通理论发展的过程中,各种瓶颈都得到了一定的研究,但鲜见有对城市中由于桥梁造成的瓶颈的研究。 本文首先根据现实中桥梁的存在建立了城市中桥梁瓶颈模型,在简单介绍元胞自动机交通流模型及其理论的基础上,选用几种经典的元胞自动机模型来模拟分析了桥梁瓶颈在交通流中产生的影响。 论文的第一部分介绍当前各种交通流模型的发展及应用,并且介绍各种瓶颈模型的研究状况。第二部分将最简单的元胞自动机交通流模型(单速184号规则)应用到桥梁瓶颈模型中,计算机模拟显示整个系统具有复杂的动力学属性,车辆在各条车道上分布具有不确定性。第三部分根据车流量的特性和平均场理论分析了车辆在各条车道上的分布及其各条车道上的流量分配,得到的结果与模拟结果完全相符。并定性的解释了车辆分布不确定性产生的原因,为桥梁瓶颈交通的管理提出了一定的建议。为了更接近现实交通流的情况,第四部分我们将由K. Nagel和M .Schreckenberg提出的较为接近现实交通流元胞自动机模型N-S模型应用到桥梁瓶颈交通中,模拟分析了桥梁路口不同交通规则情况下系统的属性,提出桥梁路口附近有交通干预和没有交通干预的模型。模拟分析显示,在桥梁路口附近车辆的运行具有自组织的现象。第五部分模拟研究了在决定性N-S模型情况下系统的属性,并以单车道决定性N-S模型的流量-密度关系为基础分析了各条车道上车流密度、速度和流量的分布情况。


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