考虑公交影响的城市交通流元胞自动机模型研究

摘要

现代社会普遍面临着严重的交通问题,单凭兴建城市道路及其它交通设施并不足以解决城市交通拥堵问题,如果不能正确地理解、预测、调度和控制城市网络中的交通流,最大效能地提高行车效率,城市交通状况将永远无法得到改善。交通流理论是一门应用数学、物理学和力学等多学科知识综合的科学,它在时间、空间上具有高度的随机性、动态性和复杂性,它是通过建立交通流的数学模型,然后进行数值模拟和求解的过程。在现阶段的研究中经常采用的交通模型主要有流体力学模型、跟驰模型与元胞自动机模型等。由于交通流实际上是一个离散系统,因此采用本质上离散的元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)模型来描述实际的交通现象具有独特的优越性。元胞自动机是一种时间、空间状态都离散的网格动力学模型,其强大的复杂计算功能、固有的并行计算能力、以及高度灵活等特征,使得它在模拟复杂的交通运输系统的时空动态演变方面具有很强的能力。
　　城市道路一般由多条车道组成,不同性能或类型的车辆混合行驶,而目前建立的CA模型,大多只考虑了其中一个因素,与高速公路相比城市交通流最显著的特点是道路占有率高、车辆行驶速度相对较低,但是大多数城市交通流CA模型中没有考虑这些特点。在城市交通流CA模型中采用和高速公路相同的元胞长度和行驶速度,这是造成城市交通流CA模型模拟结果不准确的一个主要因素;同时城市道路上有大量的公交车辆,由于其具有固定运行线路、到发时间、固定停靠站、车型大、运行速度低等特点,其对城市交通流的影响十分明显,然而在现有的城市交通流CA模型中,都没有考虑公交车辆对城市交通流的影响,以至于模拟仿真结果与实际交通差异较大。
　　本文在对现有经典交通流CA模型进行总体分析的基础上,结合我国城市交通特点,通过重新标定元胞长度、运行车速、随机慢化机制,制定车道转换规则和公交车辆的减速入站慢速启动机制,分别建立了周期边界条件下考虑普通公交停靠站的混合交通流双车道模型、开放边界条件下考虑普通公交停靠站的混合交通流双车道模型、周期边界条件下公交港湾式停靠的单车道混合交通流CA模型和周期边界条件下公交港湾式停靠的双车道混合交通流CA模型。以C语言为程序开发平台,通过计算机数值模拟,分析了交通流三参数之间关系,以及公交车占有率、公交车停靠时间、变换车道数等对交通流的影响,发现了交通系统中出现的各种非线性现象。结果显示该模型能很好的再现各交通参数之间的关系,揭示公交车对交通流的影响规律。并对混合交通流的特性进行了分析和研究。本论文的研究对交通组织和管理具有重要的理论和实践意义。

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第一章 绪论

1.1 交通流理论的研究现状

1.2 交通流理论的研究内容

第二章 基于元胞自动机的交通流模型

2.1 元胞自动机理论基础

2.2本文主要工作

2.3本文结构

第三章 周体边界下公交非港湾式停靠双车道混合交通流CA模型研究

3.1 引言

3.2 模型建立

3.3 数值模拟与结果讨论

3.4 结论

第四章 开放边界下公交非港湾式停靠多速混合车辆双车道CA模型

4.1 引言

4.2 模型建立

4.3 数值模拟与结果讨论

4.4结语

第五章 公交港湾式停靠的多速单车道交通流元胞自动机模型研究

5.1 引言

5.2 模型建立

5.3 数值模拟与结果讨论

5.4 结论

第六章 公交港湾式停靠的多速双车道交通流元胞自动机模型研究

6.1 引言

6.2 模型建立

6.3 数值模拟与结果讨论

6.4 整体交通流特性分析

6.5 公交车停靠时间对交通流的影响分析

6.6 公交站间距对交通流的影响分析

6.7 结论

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果