三車道元胞自動機交通流模型的研究.pdf

1、交通被喻為國家的“動脈”,高效的交通系統(tǒng)都是經(jīng)濟增長的必要保證。交通系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和運作要求有能反映交通現(xiàn)象基本特征的交通模型。在眾多的交通流模型中,元胞自動機因其簡單有限性、并能在計算機上方便實現(xiàn)而備受注目。元胞自動機(CellularAutomata,簡稱 CA)是空間、時間和狀態(tài)都離散的非線性動力系統(tǒng),它用簡單的規(guī)則在計算機上模擬各種復(fù)雜的自然現(xiàn)象和物理現(xiàn)象,并取得很好的結(jié)果,啟發(fā)人們用它來模擬交通問題。本文以三車道高速公路為研

2、究重點,具體內(nèi)容如下：首先綜述了交通流模型理論,并在此基礎(chǔ)上,將原始的 NS 模型應(yīng)用和推廣到三車道高速公路交通流模型中,并采用周期性邊界條件,考慮道路系統(tǒng)是一個閉環(huán),即一輛車從路段出口離開,馬上從入口進入路段。在第二章,建立三車道無管制 CA 交通流模型：車道不作限制,三條車道都為行車道,在車道上行駛的車輛具有相同的性能,并允許車輛在任意車道上超車。計算機數(shù)值模擬結(jié)果表明,在相同情況下,三車道無管制交通流模型所得到的基本圖顯示出交通流

3、量比單車道 NS 模型大,在車流狀態(tài)的演化過程中,通過確定車輛減速概率來控制車流量、車道利用率,適當選取減速概率,可以改善車流量狀況、提高車道利用率；同時,分析了不同的換道概率對交通流特性的影響,發(fā)現(xiàn)減少不必要的車輛換道行為可以使駕駛更安全。然后,在已提出三車道無管制 CA 交通流模型的基礎(chǔ)上,將第一車道規(guī)定為超車道,建立三車道有管理 CA 交通流模型：車道作限制,第一車道為超車道,第二、三車道為行車道,在車道上行駛的車輛具有相同的性能

4、,且在超車道上行駛的車輛必須回到第二車道上行駛。模擬結(jié)果表明,在參數(shù)相同情況下,三車道有管理交通流模型的交通流特性與三車道無管制交通流模型相似,但系統(tǒng)換道頻率、車道利用率卻有差異,從而說明三車道有管理交通流模型增加了車輛駕駛的安全性。接下來,在三車道無管制單一車輛交通流模型的基礎(chǔ)上,考慮慢車的影響,提出一個三車道無管制混合車輛 CA 交通流模型：車道不作限制,三條車道都為行車道,但在車道上行駛的車輛性能不相同,并允許這兩種類型的車在任意

5、車道上超車。研究結(jié)果表明：在減速概率相同的情況下,三車道無<；WP=3>；廣西師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文管制混合車輛交通流模型的系統(tǒng)流量、速度在低密度區(qū)介于單車道上只有快車、只有慢車的 NS 模型(或三車道無管制單一車輛交通流模型)之間,然而隨著密度增大,此模型所對應(yīng)的系統(tǒng)流量、速度大于單車道上只有快車、慢車的情況,但在高密度區(qū),三者的系統(tǒng)的流量、速度卻相等；并考慮了換道概率影響,不同的換道概率在一定密度區(qū)對系統(tǒng)流量有影響,且隨

6、著密度增加,系統(tǒng)換道頻率出現(xiàn)兩個峰值；當三車道上有慢車行駛時系統(tǒng)最大的流量、速度均小于三車道只有快車行駛的情況,且臨界密度點右移；改變初始密度比,對系統(tǒng)交通量沒有影響。最后,在三車道無管制混合車輛 CA 交通流模型的基礎(chǔ)上,慢車初始分布在第三車道上,提出一個三車道有管理混合車輛 CA 交通流模型：車道不作限制,車道上行駛的車輛性能不相同—快車、慢車,但超車到第二車道上行駛的慢車,一旦條件滿足,必須回到第三車道上行駛。計算機數(shù)值模擬結(jié)果表