基于元胞自动机和模糊控制的微观交通仿真研究

摘要

随着经济的发展，交通问题已经成为世界各国最为关注的重要问题之一。交通仿真技术是解决这一问题的有效手段。利用交通仿真模型，人们可以动态、逼真地仿真交通流、交通拥堵以及交通事故等各种交通现象，深入地分析车辆、驾驶员、行人、道路以及交通流的特征，有效地进行交通规划、交通组织管理与控制以及交通能源节约等方面的研究。
　　 本文首先从微观交通仿真系统中的交通模型入手，在研究了微观交通仿真发展过程和现状的基础上，分析了元胞自动机模型在交通仿真应用中的优点及不足，并对模型中车辆速度和加速度的确定过程进行改进，使其能够更好的描述实际交通状况。以元胞自动机模型为基础建立了路段模型和交叉口模型，并将模糊控制理论引入到模型中，利用模糊控制能够描述驾驶员决策过程的特点，结合元胞自动机模型建立了车辆模型。
　　 在此基础上，分析、建立了车辆跟驰模型、换道模型以及车辆生成模型，在单交叉口信号控制模型中实现了定时控制和模糊控制两种方案，并仿真了两交叉口的运行情况。通过对微观交通仿真系统的模型的研究和分析，设计了仿真系统的总体框架，阐述了各个模块的功能和作用，并设计了各个模型的实现流程。
　　 最后，运用面向对象编程技术对微观交通仿真系统进行了实现，通过计算机图形界面进行了显示，并对交叉口交通流参数进行了统计。在系统仿真过程中，车辆运行状态和交通信号状态较为准确地反映了实际交通环境中的各种状况，验证了本文仿真方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪 论

1.1论文选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要工作

1.3.1主要研究内容

1.3.2论文结构

第2章 总体框架设计和理论基础

2.1总体框架设计

2.1.1系统功能

2.1.2系统模型体系结构

2.2元胞自动机理论及应用

2.2.1元胞自动机的基本理论

2.2.2元胞自动机的特性

2.2.3元胞自动机在交通仿真中的发展和应用

2.2.4元胞自动机在交通仿真中的不足

2.3模糊控制理论及应用

2.3.1模糊控制概述

2.3.2模糊控制的结构

2.3.3元胞自动机与模糊控制的结合

2.4本章小结

第3章 基于元胞自动机的交通模型设计

3.1交通生成模型

3.1.1车头时距分布

3.1.2随机数的产生

3.1.3随机变量的产生

3.2路段模型

3.2.1单车道组成

3.2.2双车道组成

3.2.3多车道组成

3.3交叉口模型

3.3.1交叉口模型的构成

3.3.2车辆转弯模型

3.3.3模型的实现流程

3.4本章小结

第4章 结合模糊控制的驾驶行为及信号控制仿真模型设计

4.1车辆模型

4.2自由行驶模型

4.3跟驰模型

4.3.1车辆跟驰模型原理

4.3.2跟驰控制器设计

4.4换道模型

4.4.1车辆换道原理

4.4.2车辆换道规则

4.4.3强制换道控制器设计

4.4.4自由换道控制器设计

4.5交叉口信号控制

4.5.1基本参数

4.5.2单交叉口信号控制

4.5.3两交叉口信号控制方式

4.6本章小结

第5章 仿真系统的设计及实现

5.1仿真系统总体功能及模型实现流程

5.1.1系统总体功能

5.1.2实现流程

5.2仿真系统可视化实现

5.2.1系统功能设置

5.2.2跟驰模型实现

5.2.3自由换道模型实现

5.2.4强制换道模型实现

5.2.5综合行驶模型实现

5.2.6单交叉口信号控制实现

5.2.7两交叉口运行仿真

5.3本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文