元胞自动机交通流模型及其在交通信号配时中的应用

摘要

随着中国人均车辆拥有量的快速攀升，交通拥堵问题日益制约着经济发展和人民生活水平的提高。因此改善或解决交通拥堵问题具有很强的现实意义，这也吸引着众多的学者对其深入研究并提出了一系列的理论和方法。其中元胞自动机交通流模型是其中较为著名的一种方法。 本文在充分总结和继承原有元胞自动机交通流模型的基础上，以建立贴合实际道路交通的元胞自动机交通流模型为目的，通过对模型的模拟仿真，认识交通流的一些基本规律，并为交通管理部门提供决策意见。本文的主要研究工作如下: (1)针对经典的NaSch模型和双车道STCA换道模型存在的不足，基于提高驾驶安全性考虑，引入经典Gipps安全距离规则，对原有的车辆行进规则和换道规则进行了修改，在此基础上建立了改进的双车道混合交通流模型。以高架桥为仿真对象，在开放边界条件下，对模型进行了仿真实现，通过对时空特征、输出率、混合比例和随机慢化概率等要素的分析，揭示了改进模型的基本特征和交通流的基本规律。 (2)在改进的双车道混合交通流模型的基础上，建立了考虑驾驶员进道意愿的双车道混合交通流模型。该模型针对驾驶员进道意愿研究的需要，提出了车辆进道规则，该规则考虑了影响驾驶员进道意愿的相关因素，并通过排队论中平均输入率的方法对影响因素进行了量化求解。计算机数值模拟表明:平均输入率λ值由输入率λ和输出率μ决定，受敏感性参数β影响，且λ不大于μ。道路车辆的通行状态由输出率μ决定，受β影响。同时，道路处于高密度时，与引入进道规则前的通行量相比，引入进道规则后的通行量明显增加。 (3)利用蚁群劳动分工模型解决动态多变的交通信号配时问题。本文在基本模型的基础上，提出了一种新的面向交通信号配时的扩展蚁群劳动分工模型，该模型结合车辆特征对环境刺激值的计算方法进行了修改。利用单位周期内车辆延误，将原有的固定响应阈值修改为动态响应阈值，并重构了状态转移方程。以两相位单点交叉口元胞自动机混合交通流模型为依托，通过对比实验和讨论分析，发现扩展蚁群劳动分工模型可以根据道路路况，合理交通信号配时，有效提高道路通行能力，避免局部堵塞。

目录

摘要

第1章绪论

1．1研究的背景

1．2研究目的和意义

1．3研究现状综述

1．3．1元胞自动机研究交通流的基础模型

1．3．2考虑多车道或驾驶员行为的元胞自动机交通流研究现状

1．3．3交叉口交通信号配时研究现状

1．3．4蚁群劳动分工模型研究现状

1．4论文主要的框架

1．4．1研究思路与方法

1．4．2论文主要研究内容

1．5小结

1．6课题来源

第2章相关理论基础

2．1交通流理论概述

2．2描述交通流特性的参数

2．2．1流量

2．2．2速度

2．2．3密度

2．3基本的交通实测现象与特征

2．3．1交通堵塞

2．3．2同步流和宽运动堵塞

2．3．3交通临界相交行为

2．3．4自组织现象

2．4元胞自动机理论

2．4．1元胞自动机的物理定义

2．4．2元胞自动机的构成

2．4．3元胞自动机的特征和分类

2．5元胞自动机交通流漠型

2．5．1一维元胞自动机交通流模型简介

2．5．2二维元胞自动机交通流模型简介

2．5．3开放性边界定义

2．6小结

第3章基于元胞自动机改进双车道混合交通流模型的构建及其仿真研究

3．1引言

3．2基于元胞自动机的改进双车道混合交通流模型构建

3．2．1符号说明

3．2．2改进双车道混合交通流模型

3．3实验仿真

3．3．1仿真设置

3．3．2仿真分析

3．4结论

第4章考虑驾驶员进道意愿的双车道混合交通流模型构建及其仿真研究

4．1引言

4．2考虑驾驶员进道意愿的双车道混合交通流模型构建

4．2．1符号说明

4．2．2模型构建

4．3实验仿真

4．3．1平均输入率的获取及其影响因素分析

4．3．3不同影响因素下考虑驾驶员进道意愿模型的交通流特征分析

4．3．4考虑驾驶员进道意愿前后模型的交通流特征分析

4．4结论

第5章面向交通信号配时的扩展蚁群劳动分工模型构建及其在单点交叉口混合交通流模型中的应用

5．1引言

5．2面向交通信号配时的扩展蚁群劳动分工模型

5．2．1问题描述

5．2．2基本蚁群劳动分工模型

5．2．3扩展蚁群劳动分工模型

5．3单点交叉口元胞自动机混合交通流的建模

5．3．1主要变量描述

5．3．2行进规则

5．3．3换道规则

5．3．4交叉口规则

5．4实验仿真

5．4．1仿真设置

5．4．2仿真分析

5．5结论

第6章总结和展望

6．1研究结论

6．2研究创新点和展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与项目与发表论文

附录

致谢

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