元胞自動機混合交通流模型的研究.pdf

1、隨著社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，交通運輸問題越來越成為人們關注的焦點，也成為關系國計民生的重要因素。交通運輸系統(tǒng)是否現代化，交通管理水平是否先進，無疑是一個國家興旺發(fā)達的重要標志之一。盡管各國投入巨資用于交通建設，道路建設的速度仍然滯后于交通需求量的增加。隨著城市汽車數量的增加，交通擁堵、交通環(huán)境污染和交通事故的頻繁發(fā)生越來越嚴重地影響世界各國經濟和社會的發(fā)展。 在我國，城市人口眾多、交通工具多樣化加劇了交通問題的尖銳性

2、。目前，我國城市的交通流普遍是一個由人、非機動車和機動車混合在一起構成的混合交通流。就是機動車也是多種多樣，性能、大小差異很大，如有摩托車、小汽車、客車和公交車等?？梢灶A計，由于我國人口多、經濟還不發(fā)達、經濟發(fā)展不平衡和居民收入差距較大，這樣一種復雜的混合交通流在我國城市還會維持很長的時間，因此如何科學管理和控制混合交通流是一個必須解決的迫切問題。 近年來，交通問題受到了國內外專家們的重視，提出了各種各樣的交通流模型，其中，元胞

3、自動機(Cellular Automaton，簡稱CA)交通流模型的研究受到了廣泛的關注。元胞自動機是一種時間、空間和變量均離散的數學模型。它具有物理圖象清晰、完全的并行性、無截斷誤差和無計算誤差等優(yōu)越特點，是研究非線性復雜系統(tǒng)的有效工具。 本文的工作主要是在現有元胞自動機交通流模型的基礎上，提出更符合實際情況的混合車輛交通流模型。通過計算機數值模擬，再現了交通系統(tǒng)中出現的非線性現象，并結合實際交通，對混合車輛交通的特性進行了分

4、析和研究。 本文的主要工作由三部分組成： 1.考慮車輛駕駛員具有其不同的駕駛特點，將駕駛員分為兩類：一類為激進 (aggressive ) 駕駛員，他們傾向于超速、超車行駛并保持較小的車間距等，通常較少剎車；另一類為謹慎 (careful) 駕駛員，他們通常較少超速、超車行駛并保持較大的車間距等，為了安全起見而經常剎車。論文建立了單車道開放邊界條件下由元胞自動機FI模型和NS模型混合的交通流模型。通過計算機模擬，得到了混

5、合交通流的密度、速度和流量受邊界、NS型車輛的隨機減速概率PNS、FI型車輛的隨機減速概率PFI和NS型車輛的產生概率影響的結果。結果表明， PNS和是決定混合交通流的主要因素，它們的值越大，混合交通流的密度、速度和流量越小。受邊界效應的影響，當右邊界完全開放時，混合模型的密度比NS模型的小，而速度和流量比NS模型的大；當左邊界完全開放時，混合模型的密度比NS模型的大，而速度和流量比NS模型的小。 2.實際交通系統(tǒng)中，道路都是由

6、多條車道組成的，因此為了更好的反映現實交通現象，在一維元胞自動機交通流NS模型和WWH模型的基礎上，建立了雙車道元胞自動機NS和WWH交通流混合模型。計算機數值模擬結果表明：隨著fNS的增大，混合交通流的平均速度、最大流量和臨界密度都逐漸減小。當0＜fNS＜0.5時，轉道頻率—密度圖有兩個峰值，峰值出現在ρ1=0.06和ρ2=0.18附近；當0.5＜fNS≤1時，轉道頻率—密度圖有一個峰值。但是，車道的利用率不受混合比例系數fNS的影響

7、。 3.考慮車輛可能達到的最大速度和車輛的長度存在著差異，將道路上的車輛分為兩類：一類為長車(如貨車)，其最大速度較小；另一類為短車(如小汽車)，其最大速度較大。在Knospe等人提出的模型的基礎上，建立了雙車道上由不同長度和不同最大速度的車輛構成的混合交通流元胞自動機模型。通過計算機數值模擬，得到了混合交通流隨長車混合比例系數f變化的基本圖。模擬結果發(fā)現，混合比例系數不改變車輛長度不同、最大速度相同的混合交通流的運動特性，但是