改进的NaSeh元胞自动机交通流模型研究

摘要

经济发展的要求加快了城市化进程的步伐，物质生活水平快速提高，随之而来的交通运输问题日益严重。研究并应用交通流理论模型来指导现实的道路规划建设变得越来越重要，使得道路交通流领域的研究成为目前的热点。而元胞自动机模型作为交通流理论模型的一种研究方法，受到很多学者的青睐。
　　 本文先对元胞自动机交通流理论模型作了简单概述，然后围绕NS模型及其改进模型展开相关研究。探讨了几种车辆状态更新方式的优缺点，随机因素对模型的影响，以及交通实测中发现的一些复杂交通流现象产生的原因等，并提出一种基于行车实际改进的NS元胞自动机模型。主要研究内容包括:
　　 (1)基于TASEP模型，在开放边界条件下，对常见的用于模拟元胞自动机模型的几种车辆更新方式做了比较研究，得出了它们的优缺点。在此基础上提出一种新的随机局部并行更新方式，并使用此方式对NS模型进行了模拟。结果表明，新的更新方式是可行的，且NaSch模型基本图中流量异常增减现象的产生是由于随机因素的干扰造成的。
　　 (2)模拟研究了NS模型及其改进模型，主要是巡航驾驶极限模型和慢启动规则模型，通过对这些模型的密度-流量基本图作研究分析发现，亚稳态、回滞曲线等交通流复杂现象的产生主要与系统规模、相分离和随机因素等有关。
　　 (3)基于NS模型，考虑安全驾驶和司机的敏感行为，依据当前车辆前方一定视野范围内局部车辆密度的大小，将道路状况分为行车密集区和行车稀疏区，针对不同的密度区域提出不同的模型演化规则，对NS模型进行改进，得到新模型。使用周期边界条件对新模型进行了计算机模拟研究，结果表明新模型能够提高整个系统的交通流量，反映出驾驶员的警惕性和敏感驾驶行为，同时还可以体现出不同路面状况对交通行为的影响，并成功再现亚稳态、回滞现象等交通实测中出现的复杂现象。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 交通流理论研究背景及意义

1．2 交通流理论模型概述

1．2．1 交通流理论中的连续模型

1．2．2 交通流理论中的跟驰模型

1．2．3 元胞自动机模型的定义与发展

1．3 交通流理论中主要参数的概念和关系

1．4 几种经典的元胞自动机交通流模型

1．4．1 Wolfram的184号模型

1．4．2 TASEP模型和ASEP模型

1．4．3 NaSch模型

1．4．4 改进的NaSch模型的研究现状

1．5 元胞自动机交通流理论中的边界条件

1．5．1 周期边界

1．5．2 开放边界

1．6 本文主要工作

1．7 本文内容安排

第2章 元胞自动机交通流模型的车辆更新方式研究

2．1 引言

2．2 TASEP模型简介

2．3 模型更新规则

2．3．1 随机更新

2．3．2 顺序更新

2．3．3 局部并行更新

2．3．4 全局并行更新

2．4 模型演化方程

2．5 模拟结果与分析

2．6 本章小结

第3章 车辆更新方式中的随机因素

3．1 引言

3．2 随机局部并行更新方式简介

3．3 两种方式下的NaSch模型仿真对比

3．3．1 随机因素在交通流中的重要性

3．3．2 右边界对系统的影响

3．3．3 左边界对系统的影响

3．3．4 系统相图

3．4 本章小结

第4章 交通流元胞自动机模型中的亚稳态和回滞现象研究

4．1 引言

4．2 基本概念和方法

4．2．1 亚稳态和回滞现象简介

4．2．2 得到回滞曲线图的方法

4．3 几种典型的改进NS模型的回滞现象研究

4．3．1 巡航控制极限模型

4．3．2 慢启动规则模型

4．4 本章小结

第5章 基于现实交通行为改进的NS元胞自动机模型

5．1 引言

5．2 改进模型及其演化规则简介

5．3 数值模拟与分析

5．3．1 改进模型的基本特性分析

5．3．2 临界密度对系统的影响

5．3．3 司机警惕行为对系统的影晌

5．4 本章小结

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