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基于元胞自动机的交通流自组织临界特性分析
| 论文题名： | 基于元胞自动机的交通流自组织临界特性分析 |
| 关键词： | 自组织临界性;平均场理论;元胞自动机;交通流 |
| 摘要： | 本文从复杂性科学与交通流相关理论入手,阐述了道路交通流自组织临界问题的客观存在性,并详细介绍了自组织临界性特征、道路交通流特征与所采用模拟仿真的元胞自动机特征,通过对上述理论的应用,构造平均场方程对道路交通流多种算法进行了数学建模,并通过仿真模拟软件(Matlab)进行元胞自动机的道路交通流自组织临界单车道、三车道程序仿真,通过对道路交通流主要影响因素的分析,确定多种因素对交通流自组织临界性的影响特征。 本文首先说明了研究道路交通流自组织临界性的目的和重要意义,介绍了交通流自组织临界性的国内外研究现状、国内道路交通现状和相关理论知识,并确定了本文的研究框架和技术路线,提出了分析道路交通流自组织临界性的设计原则和优化思路。 其次从当今对复杂性科学自组织临界的研究热点,分别从复杂系统、自组织临界性、动力学模型、平均场理论等方面,结合分形模型、沙堆模型等理论,全方位的阐述了复杂性科学自组织临界性的相关知识和研究点所在,为研究道路交通流自组织临界性提供了坚实的理论支撑,同时也为研究内容提供了目标和方向。 在第三章内容,全方位的介绍了道路交通流理论及其相关模型,为别从宏观、微观、介观三方面出发,介绍了构成交通流的各种参数以及传统交通流、三相交通流的基本知识点,并提供了具体参数与相关算法,旨在为仿真建模构建骨架。 第四、五章内容为元胞自动机的仿真模拟,首先依据元胞自动机目前的发展趋势,对相关理论进行了简要说明,并给出了单车道模型与多车道模型的相关算法,确定道路交通流所需要的各类参数指标。依据平均场理论,构造道路交通流自组织临界性数学模型,求解单车道模型序参数以及三车道模型序参数,序参数模拟结果表明:单车道情况下,当车流行驶速度最大为单位速度时,车流处于自组织平衡态。此时车流密度为最高,处于自由流与堵塞流临界状态。而三车道模型更为复杂:车流自组织平衡状态不仅与车流最大速度和密度有关,同时与车流邻接道路车间距,安全行驶距离有关。当系统远离平衡态时,交通流便会发生自组织临界现象,本文从耗散能量结构入手,以车流平均速度代表交通流能量耗散自组织临界性。在单车道与三车道仿真模拟结果观测后,探讨车辆密度、车间距、随机慢化概率、最大行驶距离与交通流平均速度之间的关系,并依据已有平均场理论进行数据建模,最终验证仿真结果。 |
| 作者： | 薛原 |
| 专业： | 交通运输规划与管理 |
| 导师： | 钱勇生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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