高速公路交通的元胞自動機(jī)模型及仿真.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動車的擁有量不斷增加，道路擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重。道路建設(shè)嚴(yán)重不足和交通管理的相對滯后，已成為制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，如何提高道路的利用率及通行的安全性；建立更為符合實(shí)際的交通流模型，并從中發(fā)現(xiàn)交通流的內(nèi)在機(jī)制及其規(guī)律，為交通的預(yù)測、管理和規(guī)劃提供科學(xué)的理論指導(dǎo)，是目前科學(xué)研究的一個(gè)重要課題。 交通問題已引起了國內(nèi)外許多專家學(xué)者的關(guān)注，他們提出了各式各樣的交通流模型，力圖緩解交通堵塞、減少交通

2、事故。其中元胞自動機(jī)交通流模型倍受青睞，與其它模型相比，在保留交通流這一復(fù)雜系統(tǒng)的非線性行為和其它物理特征的同時(shí)，更易于在計(jì)算機(jī)上操作，并能靈活地修改以考慮真實(shí)交通條件的各種效應(yīng)，例如路障、過路收費(fèi)站、高速公路連接點(diǎn)、阻滯隨機(jī)性、駕駛員過度反應(yīng)等引起的隨機(jī)慢化。 本文工作旨在研究交通流理論中的若干前沿性問題。針對現(xiàn)有元胞自動機(jī)交通流模型存在的不完善之處，提出改進(jìn)的模型，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值模擬和理論分析；進(jìn)而探討了電子收費(fèi)和人工收費(fèi)

3、兩種收費(fèi)方式共存系統(tǒng)的交通流特性。 全文主要工作如下： 首先，基于Noise-First交通流模型，通過局域車流密度及當(dāng)前車速兩個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)慢化概率的約束，本文提出了一改進(jìn)的元胞自動機(jī)交通流模型。數(shù)值模擬結(jié)果顯示：相關(guān)參數(shù)的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)暢行相低速同步相寬幅運(yùn)動阻塞相的轉(zhuǎn)變。 接著，研究過路收費(fèi)站對高速公路交通的影響。基于NaSch交通流模型，建立了關(guān)于單車道ETC和MTC系統(tǒng)的元胞自動機(jī)交通流模型。借

4、助計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，得到了混合車輛在不同參數(shù)下交通流模型的基本圖，并對ETC和MTC共存系統(tǒng)的交通流特性進(jìn)行了分析和討論。 其次，基于速度效應(yīng)模型，本文提出了多級速度效應(yīng)模型，對原模型進(jìn)行了延伸，納入對前方多輛車的虛擬速度的考慮。數(shù)值模擬結(jié)果顯示：相同噪聲下，較之NaSch模型更接近于實(shí)測數(shù)據(jù)；無交通噪聲（隨機(jī)減速概率p＝0）時(shí)，能誘發(fā)亞穩(wěn)態(tài)和遲滯現(xiàn)象。進(jìn)一步借助于平均場理論，獲得了該模型在有交通噪聲時(shí)流量的近似解，無交通噪聲時(shí)流