行人疏散的动力学及混合交通流中同步流特性的研究

摘要

近几年来，伴随着社会经济的发展及城市化进程的加快，城市面临着人口密度不断增加，交通负荷不断加大的压力。交通事故、交通拥堵、环境污染、能源短缺等相关问题已经引起了社会的高度关注。完善交通系统和提高能源的利用率已成为世界各国关注的共同问题。便利的交通是一个城市能够持续发展和保持活力的关键，如何合理设计车辆和行人的行驶规则和完善交通管理系统是减少交通拥堵、环境污染和能源消耗等问题的有效途径。因此，为了很好的解决这些问题，应用科学的理论和研究方法，建立适合行人交通和车辆交通模型来研究这些问题，为交通的管理和规划提供科学理论的指导。本文的主要工作包括以下几个方面：
　　 (1)交通拥堵极易发生在行人单向行走的通道瓶颈处，在文中，通过对入口通道使用格子气模型，出口通道使用NaSch模型来研究通道瓶颈处的单向行人流，分析和模拟了通过瓶颈的行人流率与入流概率，不同的随机慢化概率，不同的入口宽度和不同的入口（出口）通道距离间的变化关系，给出了相应的从自由流到堵塞流的相图，结果表明行人的随机行为对自由交通流有着重要的影响。
　　 (2)我们用扩展的格子气模型研究了组成集团的行人在通道中的运动情况。行人集团的尺度由原来的单个行人扩展到了占据n1×n2个格点的行人集团。我们研究了阻塞的演化斑图，得到行人集团的尺度对阻塞演化斑图的影响很大，行人集团的尺度越大，越不容易形成堵塞，发现了从自由相到堵塞相的相变的临界密度随着行人集团的尺度的增加而线性增大。同时迁移系数D对行人的流量和平均速度均有较大的影响。由于本文所用的模型与Nagatani等人研究细长机械移动物体所用的模型一样，且四向行人集团的行走规则与细长机械移动物体在通道中相向行走的规则也一样，因此得到了与Nagatani等人的研究结果类似的模拟结果
　　 (3)我们用Brakinglight(BL)模型研究混合交通流中交通同步流的特性，我们的模拟结果得到了关于交通同步流的一些重要特征：最大速度对均匀交通或非均匀交通的交通同步流都有着很重要的影响，当所有车辆都具有相同的最大速度且最大速度Vmax＞15时，在混合交通流中才很容易看到有交通同步流。这个结果可以通过用密度与流量间的交叉关联系数来计算证明。能耗在自由流区域均随着最大速度、混合比和车长的增加而增加，但是在同步流区域，能耗随着密度的增大反而减小或是几乎保持不变表现为一个平台。这是至今为止关于同步流特性的一个新发现，有助于合理控制交通拥挤和交通同步流，在一定程度上减少交通流中的能耗。最后，减速车辆的统计分布在同步流区域几乎表现为一个不变的平台。
　　 最后，对本论文进行了总结，并对行人交通流的研究进行了展望。