元胞自動(dòng)機(jī)混合交通流模型的研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，交通運(yùn)輸問題越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要因素。交通運(yùn)輸系統(tǒng)是否現(xiàn)代化，交通管理水平是否先進(jìn)，無疑是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的重要標(biāo)志之一。盡管各國(guó)投入巨資用于交通建設(shè)，道路建設(shè)的速度仍然滯后于交通需求量的增加。隨著城市汽車數(shù)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(yán)重地影響世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。 在我國(guó)，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(guó)城市的交通流普遍是一個(gè)由人、非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車混合在一起構(gòu)成的混合交通流。就是機(jī)動(dòng)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(yù)計(jì)，由于我國(guó)人口多、經(jīng)濟(jì)還不發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡和居民收入差距較大，這樣一種復(fù)雜的混合交通流在我國(guó)城市還會(huì)維持很長(zhǎng)的時(shí)間，因此如何科學(xué)管理和控制混合交通流是一個(gè)必須解決的迫切問題。 近年來，交通問題受到了國(guó)內(nèi)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(dòng)機(jī)(Cellular Automaton，簡(jiǎn)稱CA)交通流模型的研究受到了廣泛的關(guān)注。元胞自動(dòng)機(jī)是一種時(shí)間、空間和變量均離散的數(shù)學(xué)模型。它具有物理圖象清晰、完全的并行性、無截?cái)嗾`差和無計(jì)算誤差等優(yōu)越特點(diǎn)，是研究非線性復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具。 本文的工作主要是在現(xiàn)有元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型的基礎(chǔ)上，提出更符合實(shí)際情況的混合車輛交通流模型。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，再現(xiàn)了交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的非線性現(xiàn)象，并結(jié)合實(shí)際交通，對(duì)混合車輛交通的特性進(jìn)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(diǎn)，將駕駛員分為兩類：一類為激進(jìn) (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(jǐn)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(jīng)常剎車。論文建立了單車道開放邊界條件下由元胞自動(dòng)機(jī)FI模型和NS模型混合的交通流模型。通過計(jì)算機(jī)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(jī)減速概率PNS、FI型車輛的隨機(jī)減速概率PFI和NS型車輛的產(chǎn)生概率影響的結(jié)果。結(jié)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(yīng)的影響，當(dāng)右邊界完全開放時(shí)，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(dāng)左邊界完全開放時(shí)，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(shí)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(xiàn)實(shí)交通現(xiàn)象，在一維元胞自動(dòng)機(jī)交通流NS模型和WWH模型的基礎(chǔ)上，建立了雙車道元胞自動(dòng)機(jī)NS和WWH交通流混合模型。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)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(dāng)0＜fNS＜0.5時(shí)，轉(zhuǎn)道頻率—密度圖有兩個(gè)峰值，峰值出現(xiàn)在ρ1=0.06和ρ2=0.18附近；當(dāng)0.5＜fNS≤1時(shí)，轉(zhuǎn)道頻率—密度圖有一個(gè)峰值。但是，車道的利用率不受混合比例系數(shù)fNS的影響

7、。 3.考慮車輛可能達(dá)到的最大速度和車輛的長(zhǎng)度存在著差異，將道路上的車輛分為兩類：一類為長(zhǎng)車(如貨車)，其最大速度較?。涣硪活悶槎誊?如小汽車)，其最大速度較大。在Knospe等人提出的模型的基礎(chǔ)上，建立了雙車道上由不同長(zhǎng)度和不同最大速度的車輛構(gòu)成的混合交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，得到了混合交通流隨長(zhǎng)車混合比例系數(shù)f變化的基本圖。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合比例系數(shù)不改變車輛長(zhǎng)度不同、最大速度相同的混合交通流的運(yùn)動(dòng)特性，但是