环形交叉口混合交通流元胞自动机模型研究

摘要

近年来，由于各种机动车和非机动车辆数目突飞猛进的增加，使得原本较为严重的交通拥堵问题变的雪上加霜，而这些交通问题也迫使着众多国内外学者将注意力集中在交通流理论模型的研究中。其中，元胞自动机模型是交通流理论模型中应用比较广泛的模型，具有操作方式简单和易于计算机模拟仿真模拟研究的优点。在实际生活中，与其他交叉口一样，环形交叉口存在一定的道路瓶颈并使得交通事故和交通流拥堵现象频繁出现，而且环形交叉口车辆的交通行为十分复杂，致使它引起的车辆堵塞问题一直难以得到解决。
　　本文首先介绍了交通流理论的发展研究进程，并对交通流理论中的宏观模型、中观模型和微观模型作了简单概述，分析研究了其中几个经典的模型。然后，介绍了交通流理论中主要参数的概念和关系，以及元胞自动机模型所采用的边界条件。此外，进一步重点阐述微观模型中的元胞自动机模型。最后，运用现有的元胞自动机模型的研究方法，建立了日常生活中常见的单环道环形交叉口混合交通流元胞自动机模型和双环道环形交叉口混合交通流元胞自动机模型，并对这两种模型进行模拟仿真研究。主要研究内容包括:
　　(1)阐述了常见的几种典型的元胞自动机模型，包括单车道元胞自动机模型中的Wolfram的184号模型、NaSch模型、FI模型、NaSch模型的改进模型和FI模型的改进模型，双车道元胞自动机模型中的对称的双车道元胞自动机模型，以及三车道或三车道以上元胞自动机模型中的基于NaSch模型的多车道换道机制模型。并对这几种元胞自动机模型进行分析比较研究，得出其优缺点，为下面的研究奠定理论基础。
　　(2)在单车道NaSch模型的基础上，通过考虑两种不同最大速度的车辆混合影响，对日常生活中普遍存在的只有单环道的环形交叉口建立了元胞自动机模型。在开放边界条件下，通过计算机模拟仿真，研究了系统中快车和慢车在不同混合比条件下，产生概率与系统密度、平均速度以及流量的关系。此外，还模拟得出了产生概率在接近临界值或大于临界值时的单种车辆模型和混合车辆模型的时空演化斑点图，对比研究并讨论了这两种模型中车辆在入环车道上发生的时走时停现象。
　　(3)从实际道路出发，对具有内、外环车道均为单车道且进环或出环车道均为双车道的环形交叉口建立了考虑混合车辆以及进环或出环车道上车辆换道行为影响的元胞自动机模型。在开放边界条件下，通过计算机模拟仿真，研究了系统流量、各个车道与系统的平均速度和产生概率、消失概率、刹车概率的关系情况。此外，还通过分析系统流量随着产生概率和消失概率变化规律，作出了系统的相图，并对系统的相图进行讨论研究。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 环形交叉口交通流研究的背景及意义

1．2 交通流理论的研究和进展

1．2．1 交通流理论中的宏观模型

1．2．2 交通流理论中的中观模型

1．2．3 交通流理论中的微观模型

1．3 交通流理论中主要参数的概念和关系

1．4 元胞自动机交通流理论中的边界条件

1．4．1 周期性边界条件

1．4．2 开发性边界条件

1．5 本文的主要工作

1．6 本文的结构

第2章 元胞自动机模型

2．1 单车道元胞自动机模型

2．1．1 Wolfram的184号模型

2．1．2 NaSch模型

2．1．3 FI模型

2．1．4 NaSch模型的改进模型

2．1．5 FI模型的改进模型

2．2 双车道元胞自动机模型

2．3 三车道或三车道以上的元胞自动机模型

2．4 本章小结

第3章 单环道环形交叉口混合交通流元胞自动机模型研究

3．1 引言

3．2 模型和更新规则

3．3 数值模拟与分析

3．3．1 有关产生概率α与系统密度ρ、平均速度V、流量J关系讨论

3．3．2 有关单种车辆模型和混合车辆模型时停时走现象的讨论

3．4 本章小结

第4章 双环道环形交叉口混合交通流元胞自动机模型研究

4．1 引言

4．2 模型和更新规则

4．3 数值模拟结果与分析

4．3．1 有关系统流量及平均速度与产生概率α、消失概率β、刹车概率Pd关系讨论

4．3．2 有关系统相图的讨论

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文