基于元胞自動(dòng)機(jī)的海上航道內(nèi)船舶交通流研究.pdf

1、隨著海上船舶向高速化、大型化的發(fā)展，部分重要航道內(nèi)船舶密度的逐漸增大，擁擠航道內(nèi)出現(xiàn)了較為頻繁的減速跟隨和轉(zhuǎn)向追越前船的航行行為，致使航道內(nèi)的交通變得越來越復(fù)雜。為揭示此類復(fù)雜交通現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，促進(jìn)海上交通流相關(guān)研究的發(fā)展，需要對海上交通流中減速跟隨和轉(zhuǎn)向追越前船這類微觀行為進(jìn)行建模。
　　基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通流模型作為一種微觀交通流模型，被廣泛地應(yīng)用在車輛、船舶等交通流研究中，是當(dāng)前主要的交通流模型之一。通過總結(jié)海上元胞自動(dòng)機(jī)

2、交通流模型的發(fā)展現(xiàn)狀，分析影響元胞自動(dòng)機(jī)應(yīng)用于船舶交通流研究的瓶頸問題，分析航道內(nèi)船舶的實(shí)際交通數(shù)據(jù)，研究航道內(nèi)船舶行為特征，建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的海上航道內(nèi)船舶交通流模型。
　　提出了基于空間-邏輯映射規(guī)則的航道離散方法。該方法解決了由航道寬度變窄引起的空間離散化問題。當(dāng)實(shí)際航道寬度變窄時(shí)，若借鑒道路空間離散方法直接對航道進(jìn)行離散化，所得結(jié)果存在部分通道缺失的情況，在進(jìn)行交通流仿真時(shí)會引起與實(shí)際情況不符的船舶“偽換道”現(xiàn)象。該問

3、題制約了元胞自動(dòng)機(jī)在船舶交通流研究中的應(yīng)用。因此，通過分析實(shí)際寬度變窄航道中的船舶航跡分布特征與船舶航行規(guī)律，提出了適用于船舶交通流的航道空間離散方法。該方法能對寬度變窄的航道進(jìn)行空間離散化并映射到寬度不變的元胞空間中，實(shí)現(xiàn)了由寬度變化航道向?qū)挾炔蛔兒降赖霓D(zhuǎn)換，為制定合理的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)用該方法對寬度變窄的航道進(jìn)行了離散化處理，并基于離散結(jié)果進(jìn)行了交通流仿真，通過與實(shí)際船舶航行數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了該方法的有效性。
　

4、　建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)追越受限條件下的船舶交通流模型。在該模型中，主要對后船速度大于前船但無法追越時(shí)，受前船影響而必須采取減速跟隨的行為進(jìn)行了研究。通過分析航行過程中后船減速跟隨前船的實(shí)際航行行為，并結(jié)合船舶避碰的研究成果，確定船舶減速的時(shí)機(jī)和幅度，制定對應(yīng)的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則，建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)追越受限條件下的船舶交通流模型。該模型適用于不滿足追越條件時(shí)的船舶交通行為仿真或單向航道內(nèi)禁止追越的船舶交通流仿真，

5、為單向航道內(nèi)可追越條件下船舶交通流模型的建立奠定了基礎(chǔ)。
　　建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)可追越條件下的船舶交通流模型。在該模型中，著重研究了船舶的追越行為，并制定了對應(yīng)的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則。在該演化規(guī)則中，考慮了后船在追越過程中不與他船產(chǎn)生新緊迫局面的原則、追越過程中船間通過甚高頻電話協(xié)商避碰對船舶行為的影響、后船為保持足夠的安全橫距采取轉(zhuǎn)向行為時(shí)對速度的影響、兩艘或兩艘以上船舶進(jìn)行追越時(shí)的目標(biāo)位置沖突，從而令該模型更加符合