二維道路交通流元胞自動機(jī)模型中的動態(tài)特性研究.pdf

1、隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會交往的日益繁忙，城市交通進(jìn)入了前所未有的快速發(fā)展期，傳統(tǒng)的道路交通設(shè)施已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會的需要。近年來，我國出臺許多新的政策來加快城市道路建設(shè)，在道路基礎(chǔ)設(shè)施方面投入了大量的人力與物力，在緩解城市交通擁堵現(xiàn)象、提高城市交通運(yùn)輸能力等方面取得了巨大的成就。但是近幾年，私家車的數(shù)量快速增長。2006年至2010年的“十一五”期間，我國汽車的保有量幾乎翻了一番。僅去年八月底，我國機(jī)動車保有量就已經(jīng)

2、達(dá)到2.19億輛。隨之而來的交通問題日漸凸顯，城市道路容量嚴(yán)重不足。盡管人均道路面積保持著較高的增長幅度，但是道路建設(shè)依舊趕不上城市交通量每年20％的增長速度。這直接導(dǎo)致了我國城市尤其是北京、上海這樣的大城市，一到上下班高峰期，路面就擁堵不堪。我國每年由于交通擁堵而造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億人民幣。
　　 日益嚴(yán)重的交通問題已經(jīng)讓人們越來越清楚地認(rèn)識到，交通建設(shè)對于一個城市乃至一個國家的建設(shè)與發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。因此，如何

3、利用有限的城市資源，充分地開發(fā)利用現(xiàn)有的交通設(shè)施，就成為人們的當(dāng)務(wù)之急。一方面，交通管理人員可以通過提高交通管理技術(shù)水平，加大交通控制管理和安全管理的現(xiàn)代化設(shè)施方面的投入，利用信息化、智能化的管理系統(tǒng)來管理現(xiàn)代交通。另一方面，政府通過制定整體的交通發(fā)展戰(zhàn)略，充分考慮交通供應(yīng)與需求的平衡、土地和財力的可操作性，建設(shè)現(xiàn)代化大都市多層次的綜合交通體系。
　　 而在城市交通的發(fā)展過程中，交通流理論作為一門先進(jìn)的科學(xué)理論，從理論的高度，聯(lián)

4、系當(dāng)前城市交通的實際以及存在的問題，通過對實測數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，提出了許多優(yōu)化城市交通的可行模型。研究人員對模型進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬和理論解析，對交通流中出現(xiàn)的各類非線性現(xiàn)象及其理論解釋與物理本質(zhì)作了研究與解析。交通流理論為緩解城市道路擁堵情況及道路建設(shè)優(yōu)化方面提供了理論的指導(dǎo)與科學(xué)的依據(jù)。
　　 本文在查閱大量交通流文獻(xiàn)及前人研究的基礎(chǔ)上，提出了更符合當(dāng)前城市交通狀況的二維道路交通元胞自動機(jī)模型，并對模型進(jìn)行了數(shù)值模擬和理論分析

5、。本文的主要工作如下：
　　 在一維車輛慢啟動模型的基礎(chǔ)上，我們將慢啟動的思想引入二維道路交通元胞自動機(jī)模型中，提出了一個更符合現(xiàn)實交通狀況以及車輛啟動條件的模型。該模型考慮了車輛的啟動需要一定的時間步，包括司機(jī)的反應(yīng)時間以及車輛本身的慣性，同時也考慮了模型在不同交通燈周期下出現(xiàn)的不同現(xiàn)象。在文章中，我們引入了一個反映慢啟動效應(yīng)的參數(shù)p，p介于0到1之間。當(dāng)p=0時，所有的車輛在能夠行駛前必須停一個時間步；當(dāng)p=1時，所有的車輛

6、均不考慮慢啟動效應(yīng)。模擬結(jié)果顯示，在p=1和0＜p＜1兩種情況下，都出現(xiàn)了除自由流相和堵塞相以外的另一種穩(wěn)定平衡的中間態(tài)，中間態(tài)由自由流態(tài)和阻塞態(tài)兩部分組成，在兩相交界處維持著動態(tài)平衡。但是對于p=1和0＜p＜1這兩種情況，在自由流相的平均速度、自由流相和中間態(tài)的位形圖都存在著很大區(qū)別，我們討論了區(qū)別產(chǎn)生的原因。同時在模擬過程中，我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)p=0，在半周期τ=3和5的情況下，并沒有出現(xiàn)中間態(tài)，對此，我們建立規(guī)則的初始位形，通過對位形演