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交通流复杂特性的微观建模与模拟
| 论文题名： | 交通流复杂特性的微观建模与模拟 |
| 关键词： | 交通流模型;元胞自动机模型;数值模拟;不稳定区域;跟驰模型;同步流;入口匝道;期望效应;模拟结果;交通模式;开边界条件;自由流;单车道;一阶相变;微观模型;交通工程;宏观模型;车辆;线性稳定性分析;扭结波 |
| 摘要： | 近年来，交通流理论取得了长足的发展。随着越来越多的科学家投入交通流理论研究，越来越多的能够描述复杂交通现象的交通流模型开始涌现，并且应用于交通工程中。通常交通流模型被分为两类：宏观模型和微观模型。宏观模型将大量车辆看成可压缩连续介质，研究车辆集体的综合平均行为。微观模型通常指元胞自动机模型和跟驰模型。元胞自动机模型不仅规则灵活，便于数值模拟而且可以展现目前已经发现的各种交通现象。车辆跟驰模型描述单车道上车辆的运动轨迹。这些模型以及三相交通流理论目前已广泛用于交通工程中。本文主要研究跟驰模型和在三相交通流理论框架下的元胞自动机模型。具体工作如下： 1.针对单车道MCD元胞自动机模型的不足之处，提出了新的单车道元胞自动机模型-BL-DAD模型，从而发现了一个可能导致实际交通中同步流现象的产生机制：根据不同的驾驶条件，司机会采取不同的加速度或者减速度来调节其行驶速度，其中不同的减速度是产生同步流的重要原因。经过计算机模拟发现，实验条件下BL-DAD模型可以较好地重现回滞、亚稳态、自由流、同步流、宽运动堵塞等一系列实测的交通现象。 2.采用BL-DAD模型对入口匝道系统在开边界条件下进行了数值模拟，结果表明BL-DAD模型可以模拟大部分入口匝道处的交通模式，模拟结果同Kerner等人提出的三相交通流理论基本一致。但是，BL-DAD模型还无法模拟从自由流到同步流的一阶相变以及MSP交通模式。随后在BL-DAD模型的基础上提出了FBL-DAD模型。模拟结果表明该模型能够正确模拟从自由流到同步流的一阶相变。在对入口匝道系统在开边界条件下进行数值模拟发现，该模型能够正确模拟六种典型的交通模式。 3.在全速度差模型的基础上提出了考虑速度期望效应的跟驰模型。然后通过线性稳定性分析得到了中性稳定性曲线，理论结果表明考虑速度期望效应有助于提高稳定性。此外，本文还推导出了交通运行过程出现的三种密度波，即稳定区域存在的以Burgers方程描述的三角激波，在亚稳定区域存在的以KdV方程描述的孤立波和在不稳定区域存在的以mKdV方程描述的扭结波。数值模拟结果表明速度期望效应不仅可以使交通流的稳定状态得到增强，而且可以避免在急刹车情况下事故的发生。最后，本文通过数值模拟证实了这三种密度波的存在，并且发现在不稳定区域小扰动会演化成为孤立波，而较大的扰动将演化成为扭结波。 |
| 作者： | 田钧方 |
| 专业： | 系统理论 |
| 导师： | 贾斌;李新刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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