元胞自动机交通流模型的相变特性研究和交通实测分析

摘要

随着社会经济的发展，对交通需求的增长与交通建设相对滞后之间的矛盾日益突出，交通堵塞问题、车辆追尾引起车辆相撞的交通事故问题，已成为制约国民经济发展的主要因素之一。交通问题受到国内外许多专家学者的重视，他们提出了各种各样的交通流模型，力图缓解交通堵塞、减少交通事故。其中对元胞自动机(CeIIuIar Automaton，简称CA)交通流模型的研究受到广泛地关注。元胞自动机模型是一种时间、空间和变量都离散的数学模型，具有算法简单、灵活可调、计算效率高等特点，是研究非线性复杂系统的有效工具，具有广阔的应用前景。 本文的工作是从观察交通阻塞的形成、时停时走交通和同步交通等非线性现象入手，通过对具有慢启动规则的一维元胞自动机交通流模型VDR模型、BJH模型、T<'2>模型的时空间距分布、位置相关函数、序参量、驰豫时间的数值模拟以及与NaSch模型的这些参量进行比较，以研究引入慢启动规则的元胞自动机交通流模型的相变特性。在南宁市，选取两处具有代表性的公交车站点，对公交车的停靠时间进行实测并分析。 本文的主要工作由三部分组成： 1)针对交通堵塞问题、车辆追尾引起车辆相撞的交通事故问题的发生，可以通过车辆之间的时空间距变化及其分布了解交通的拥挤程度。通过计算机数值模拟得到具有慢启动规则的VDR模型、T<'2>模型的时空间距分布，与NaSch模型比较，模拟结果显示出在较小的车流密度时，NaSch模型、VDR模型、T<'2>模型的时空间距分布是相同的，在中等及较大的车流密度时，三种模型的时空间距分布是不同的。 2)交通流阻塞机制的研究一直是人们高度关注的热点，在统计物理中，相关性、序参量和驰豫时间是研究相变特性的重要手段。本章从不同时步、不同密度研究具有慢启动规则的交通流模型的车辆位置相关性；从不同的随机延迟概率、不同的最大速度计算具有慢启动规 则的交通流模型的序参量，分析其相变特性，并与NaSch模型进行比较；通过在相变点附近驰豫时间的特点判断相变类型。我们发现，在引入慢启动规则后，相变特性会显著改变。 3)公交车进出站的停靠时间是一个重要的指标，利用它可以动态的研究预测公交车在整条路线中的运行情况。在南宁市，选取两处具有代表性的公交车站点，对公交车的停靠时间进行实测，得到公交车的平均停靠时间以及停靠时间分布。 最后，总结了本文的工作，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

文摘

英文文摘

第一章概述

第二章一维元胞自动机交通流模型时空间距分布的研究

第三章元胞自动机交通流模型的相变特性研究

第四章公交车停靠时间的统计分析

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况