基于元胞自动机交通流模型的车辆启动效应和能耗影响的研究

摘要

随着我国经济的腾飞、人民生活水平的不断提高、城镇化比例的稳步提高，我国机动车数量急剧增加，使我国面临的城市交通系统的压力越来越大。二十年前很少能看到堵车长龙，但是现在我们最怕的就是天天都要见到的堵车长龙，尤其是上下班的交通高峰时段。由此带来了一系列越来越严重的负面影响，如交通事故、交通拥堵、环境污染等问题。我国每年因交通拥堵造成的GDP损失高达5％-8％。研究发现:汽车在启动和怠速状态下排放的一氧化碳最多，而一氧化碳严重危害我们的身体健康。因此交通科学的发展显得尤为重要。
　　 交通流研究是一个涉及物理、数学、计算机、工程、环境等多学科的交叉边缘学科。本文的工作主要着眼于城市的交通问题，运用交通流元胞自动机模型，模拟和分析道路交通中存在的一些交通问题，并对车辆的启动效应进行了模拟研究。本文的主要工作如下:
　　 1)基于NaSch模型和TT模型，分析混合车流车辆的滞留时间的问题，并提出了元胞自动机交通流模型的滞留时间的定义。并进行了数值模拟，通过分析数值模拟结果可以得出在周期边界条件下，车辆的停靠时间随车道密度的增加而增加，这符合理论分析的结果。
　　 2)基于NaSch、VDR和BL三种元胞自动机混合交通流模型，研究单位时间启动次数，单位时间的启动概率和启动能耗，并给出了它们的定义。模拟结果显示:在周期边界条件下车辆单位时间启动次数，单位时间每辆车的启动概率和启动能耗随车道占有率的总体变化规律是先增大后减小，当ρ=1时，整条车道都被车辆占据，此时所有的车辆只能停下来，所以此时的单位时间启动次数，单位时间每辆车的启动概率和启动能耗比较小。启动效应除了跟车道占有率有关之外，还跟演化规则有关。
　　 3)在VDR模型的基础上，通过计算机数值模拟，研究了上匝道交通系统中能耗问题。分别模拟了不同匝道进车概率、不同主道进车概率和不同驶出概率对系统能耗的影响。
　　 在文章的最后，对自己的工作进行了总结，对今后交通流的工作进行了展望，并对若干问题提出了进一步的研究。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 元胞自动机交通流研究的目的和意义

1．2 交通流研究的现状与进展

1．3 交通流模型

1．3．1 宏观模型

1．3．2 介观模型

1．3．3 微观模型

1．4 主要元胞自动机交通流模型

1．4．1 NaSch模型

1．4．2 慢启动规则的交通流元胞自动机模型

1．4．3 同步流交通流模型—BL模型

1．4．4 交通瓶颈问题

1．5 本文主要工作

第二章 混合车流车辆滞留时间的研究

2．1 模型和车辆滞留时间的定义

2．2 数值模拟及结果分析

2．2．1 NaSch模型

2．2．1 TT模型

2．3 本章小结

第三章 初始分布对混合交通流车辆启动影响的研究

3．1 引言

3．2 模型和启动效应的三个定义

3．3 数值模拟

3．3．1 NaSch模型

3．3．2 VDR模型

3．3．3 BL模型

3．3．4 NaSch、VDR和BL模型启动效应的比较

3．4 本章小结

第四章 上匝道交通系统

4．1 引言

4．2 模型和定义

4．3 数值模拟及结果分析

4．3．1 匝道进车概率对能耗的影响

4．3．2 主道进车概率对能耗的影响

4．3．3 出车概率对能耗的影响

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．1 工作展望

参考文献

致谢

读硕士学位期间完成的论文