文档介绍：广西师范大学
硕士学位论文
高速公路交通的元胞自动机模型及仿真
姓名:朱留华
申请学位级别:硕士
专业:系统理论
指导教师:孔令江;刘慕仁
20070401
广西师范大学硕士学位论文———摘要
高速公路交通的元胞自动机模型及仿真
研究生:朱留华导师:孔令江教授刘慕仁教授
学科专业:系统理论研究方向:计算物理年级:二OO四级
摘要
随着社会经济的快速发展,机动车的拥有量不断增加,道路拥堵现象日益严重。道路
建设严重不足和交通管理的相对滞后,已成为制约我国城市可持续发展的重要因素。因此,
如何提高道路的利用率及通行的安全性;建立更为符合实际的交通流模型,并从中发现交
通流的内在机制及其规律,为交通的预测、管理和规划提供科学的理论指导,是目前科学
研究的一个重要课题。
交通问题已引起了国内外许多专家学者的关注,他们提出了各式各样的交通流模型,
力图缓解交通堵塞、减少交通事故。其中元胞自动机交通流模型倍受青睐,与其它模型
相比,在保留交通流这一复杂系统的非线性行为和其它物理特征的同时,更易于在计算机
上操作,并能灵活地修改以考虑真实交通条件的各种效应,例如路障、过路收费站、高速
公路连接点、阻滞随机性、驾驶员过度反应等引起的随机慢化。
本文工作旨在研究交通流理论中的若干前沿性问题。针对现有元胞自动机交通流模
型存在的不完善之处,提出改进的模型,并进行相应的数值模拟和理论分析;进而探讨了
电子收费和人工收费两种收费方式共存系统的交通流特性。
全文主要工作如下:
首先,基于 Noise-First 交通流模型,通过局域车流密度及当前车速两个参数来实现
对随机慢化概率的约束,本文提出了一改进的元胞自动机交通流模型。数值模拟结果显示:
相关参数的适当调节,可以实现畅行相→低速同步相→宽幅运动阻塞相的转变。
接着,研究过路收费站对高速公路交通的影响。基于 NaSch 交通流模型,建立了关于
单车道 ETC 和 MTC 系统的元胞自动机交通流模型。借助计算机数值模拟,得到了混合车辆
在不同参数下交通流模型的基本图,并对 ETC 和 MTC 共存系统的交通流特性进行了分析和
讨论。
其次,基于速度效应模型,本文提出了多级速度效应模型,对原模型进行了延伸,纳
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广西师范大学硕士学位论文———摘要
入对前方多辆车的虚拟速度的考虑。数值模拟结果显示:相同噪声下,较之 NaSch 模型更
接近于实测数据;无交通噪声(随机减速概率 p=0)时,能诱发亚稳态和迟滞现象。进一
步借助于平均场理论,获得了该模型在有交通噪声时流量的近似解,无交通噪声时流量的
精确解。
最后,总结了全文的工作,并对今后交通流的研究进行展望。
关键词:元胞自动机, 数值模拟, 同步流, 亚稳态
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广西师范大学硕士学位论文———Abstract
Cellular Automata Models and Simulation of Highway Traffic
Graduate student: Zhu Liu-Hua Advisers: Prof. Kong Ling-Jiang, Prof. Liu Mu-Ren
Specialty: Systemic Theory Direction: Computational Physics Grade: Two thousand and four
Abstract
With the rapid development of social economy, it leads to the increasing of motor vehicles
and the severe jams of roads. Traffic problems have e an important factor to restrict the
development of cities because of grievous lacking of roads and relative lag of traffic
management. Therefore, how to improve the using rate of roads and the safety property of transit;
to construct the traffic models which are consistent with the