三車(chē)道元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型的研究.pdf

1、交通被喻為國(guó)家的“動(dòng)脈”,高效的交通系統(tǒng)都是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的必要保證。交通系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)作要求有能反映交通現(xiàn)象基本特征的交通模型。在眾多的交通流模型中,元胞自動(dòng)機(jī)因其簡(jiǎn)單有限性、并能在計(jì)算機(jī)上方便實(shí)現(xiàn)而備受注目。元胞自動(dòng)機(jī)(CellularAutomata,簡(jiǎn)稱(chēng) CA)是空間、時(shí)間和狀態(tài)都離散的非線性動(dòng)力系統(tǒng),它用簡(jiǎn)單的規(guī)則在計(jì)算機(jī)上模擬各種復(fù)雜的自然現(xiàn)象和物理現(xiàn)象,并取得很好的結(jié)果,啟發(fā)人們用它來(lái)模擬交通問(wèn)題。本文以三車(chē)道高速公路為研

2、究重點(diǎn),具體內(nèi)容如下：首先綜述了交通流模型理論,并在此基礎(chǔ)上,將原始的 NS 模型應(yīng)用和推廣到三車(chē)道高速公路交通流模型中,并采用周期性邊界條件,考慮道路系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán),即一輛車(chē)從路段出口離開(kāi),馬上從入口進(jìn)入路段。在第二章,建立三車(chē)道無(wú)管制 CA 交通流模型：車(chē)道不作限制,三條車(chē)道都為行車(chē)道,在車(chē)道上行駛的車(chē)輛具有相同的性能,并允許車(chē)輛在任意車(chē)道上超車(chē)。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表明,在相同情況下,三車(chē)道無(wú)管制交通流模型所得到的基本圖顯示出交通流

3、量比單車(chē)道 NS 模型大,在車(chē)流狀態(tài)的演化過(guò)程中,通過(guò)確定車(chē)輛減速概率來(lái)控制車(chē)流量、車(chē)道利用率,適當(dāng)選取減速概率,可以改善車(chē)流量狀況、提高車(chē)道利用率；同時(shí),分析了不同的換道概率對(duì)交通流特性的影響,發(fā)現(xiàn)減少不必要的車(chē)輛換道行為可以使駕駛更安全。然后,在已提出三車(chē)道無(wú)管制 CA 交通流模型的基礎(chǔ)上,將第一車(chē)道規(guī)定為超車(chē)道,建立三車(chē)道有管理 CA 交通流模型：車(chē)道作限制,第一車(chē)道為超車(chē)道,第二、三車(chē)道為行車(chē)道,在車(chē)道上行駛的車(chē)輛具有相同的性能

4、,且在超車(chē)道上行駛的車(chē)輛必須回到第二車(chē)道上行駛。模擬結(jié)果表明,在參數(shù)相同情況下,三車(chē)道有管理交通流模型的交通流特性與三車(chē)道無(wú)管制交通流模型相似,但系統(tǒng)換道頻率、車(chē)道利用率卻有差異,從而說(shuō)明三車(chē)道有管理交通流模型增加了車(chē)輛駕駛的安全性。接下來(lái),在三車(chē)道無(wú)管制單一車(chē)輛交通流模型的基礎(chǔ)上,考慮慢車(chē)的影響,提出一個(gè)三車(chē)道無(wú)管制混合車(chē)輛 CA 交通流模型：車(chē)道不作限制,三條車(chē)道都為行車(chē)道,但在車(chē)道上行駛的車(chē)輛性能不相同,并允許這兩種類(lèi)型的車(chē)在任意

5、車(chē)道上超車(chē)。研究結(jié)果表明：在減速概率相同的情況下,三車(chē)道無(wú)<；WP=3>；廣西師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文管制混合車(chē)輛交通流模型的系統(tǒng)流量、速度在低密度區(qū)介于單車(chē)道上只有快車(chē)、只有慢車(chē)的 NS 模型(或三車(chē)道無(wú)管制單一車(chē)輛交通流模型)之間,然而隨著密度增大,此模型所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)流量、速度大于單車(chē)道上只有快車(chē)、慢車(chē)的情況,但在高密度區(qū),三者的系統(tǒng)的流量、速度卻相等；并考慮了換道概率影響,不同的換道概率在一定密度區(qū)對(duì)系統(tǒng)流量有影響,且隨

6、著密度增加,系統(tǒng)換道頻率出現(xiàn)兩個(gè)峰值；當(dāng)三車(chē)道上有慢車(chē)行駛時(shí)系統(tǒng)最大的流量、速度均小于三車(chē)道只有快車(chē)行駛的情況,且臨界密度點(diǎn)右移；改變初始密度比,對(duì)系統(tǒng)交通量沒(méi)有影響。最后,在三車(chē)道無(wú)管制混合車(chē)輛 CA 交通流模型的基礎(chǔ)上,慢車(chē)初始分布在第三車(chē)道上,提出一個(gè)三車(chē)道有管理混合車(chē)輛 CA 交通流模型：車(chē)道不作限制,車(chē)道上行駛的車(chē)輛性能不相同—快車(chē)、慢車(chē),但超車(chē)到第二車(chē)道上行駛的慢車(chē),一旦條件滿(mǎn)足,必須回到第三車(chē)道上行駛。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表