部分道路瓶颈的交通流动力学建模及复杂特性研究

发布时间：2017-10-27 05:09

  本文关键词：部分道路瓶颈的交通流动力学建模及复杂特性研究

  更多相关文章： 交通流 元胞自动机 道路瓶颈 双车道 交通事故

【摘要】：近年来,城市交通问题日益突出,特别是交通拥堵已成为制约城市发展的重要因素之一,而道路瓶颈是其主要诱因。因此,通过构建交通流动力学模型来探讨道路瓶颈诱发的交通流宏观特征和交通拥堵现象的生成机理,并对交通系统进行合理的规划、设计和有效的控制,具有重要的现实意义和应用价值。本文在交通流微观模型的基础上,针对双通道、非机动车道与机动车道的路内泊车以及高速公路维护等道路瓶颈,建立了相应的交通流动力学模型,通过数值模拟和分析,研究了道路瓶颈对交通流宏观特征的影响,并探讨了它诱发交通拥堵及交通事故的成因。此外,还为城市道路中路内泊车的实施决策、设计和管理提出相关建议。全文的主要工作如下：(1)在Wahle双通道模型的基础上,引入多限速瓶颈,建立了多瓶颈效应的双通道元胞自动机交通流模型,并采用速度反馈控制策略,数值模拟和研究了瓶颈位置的对称、非对称性以及瓶颈长度等因素对双通道交通流的影响,并对其诱发的交通堵塞机理进行了探讨。研究结果表明：在双通道中,瓶颈位置呈对称分布时,能够优化道路的整体资源,道路使用效率较高;瓶颈位置呈非对称分布时,瓶颈间距越大,系统的平均密度和平均速度差异越明显,从而降低了双通道的使用效率；此外,道路的瓶颈长度越小,系统的平均速度就越大,道路的畅通性就越好。以上研究结果可为道路通行能力的最优化控制及固定瓶颈(如收费站等)位置的合理设置提供有益的参考。(2)考虑非机动车道上设置有停车带的情况,提出了一种考虑阻滞干扰作用的路内泊车交通流元胞自动机模型,数值模拟研究了有、无阻滞干扰,待停车辆比例以及停车带数量等因素对路段交通流的影响,并对典型的时空动力学特征进行了讨论。研究结果表明：在中密度时,无阻滞干扰能够提高道路的平均速度和流量；待停车比例的增大,会降低道路的平均速度和流量,但在停车位有限的情况下,它的增大将不再影响道路的通行能力；设置多个较小的停车带,更有利于提高道路的平均速度和流量;以上研究结果可为路内泊车的实施决策、停车带的设计、道路通行能力的研究提供一定的理论依据。(3)在第二个工作的基础上,将车辆在非机动车道上的泊车扩展到车辆在两条机动车道上的泊车,即考虑双车道中路内泊车对路段交通流的影响,提出了城市道路双车道路内泊车交通流元胞自动机模型,数值模拟研究了有、无阻滞干扰,待停车辆比例以及停车带的数量等因素对双车道交通流的影响,并对停车位与待停车数量之间的供求关系进行了探讨。研究结果表明：在道路上的不同位置划分出多个小型停车带,要比设置一个大型停车带更有利于提高道路的通行能力。此外,通过对比分析非机动车道设置停车带发现,在相同条件下,双车道中路内泊车的平均速度和流量均小于非机动车道中路内泊车的平均速度和流量。因此,在真实的交通中,将停车带设置在非机动车道内要比设置在机动车道内更能减小阻滞干扰带来的负面影响。(4)将NaSch模型进行拓展,针对路段封闭这种常见的维护手段,建立了高速公路含有道路瓶颈的双车道交通流元胞自动机模型。数值模拟研究了限速大小,限速区长度等因素对道路系统交通事故的影响,并对交通事故易发生的位置和诱发交通事故的类型进行了探讨。研究结果表明：在限速区中,设置合理的限速值和长度能够有效地减小交通事故；在中密度时,交通事故发生的概率较高,特别是在拥堵区和正常行驶交汇处,易发生追尾事故；车辆换道是诱发交通事故的主要原因,且在道路施工段前因换道引起的交通事故概率最大。因此,在高速公路施工路段,驾驶员不要盲目强行换道,以减少换道造成的交通事故,而在车辆从正常行驶区进入堵塞区域时,要谨慎减速驾驶,可避免发生追尾事故。以上研究结果可为高速公路维护时,限速区的道路设计、交通的管理和控制提供有益的参考。
【关键词】：交通流 元胞自动机 道路瓶颈 双车道 交通事故
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.112
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究的背景和意义10-12
• 1.2 交通流中的典型现象12-14
• 1.2.1 三相交通流12-13
• 1.2.2 非线性现象13-14
• 1.3 交通流的研究方法14
• 1.4 经典交通流元胞自动机模型14-19
• 1.4.1 单车道元胞自动机模型15-17
• 1.4.2 多车道元胞自动机模型17-18
• 1.4.3 二维元胞自动机模型18-19
• 1.5 本文的主要工作19-21
• 第二章 多瓶颈道路对双通道交通流的影响研究21-29
• 2.1 引言21-22
• 2.2 含多瓶颈的双通道模型22-23
• 2.3 数值模拟23-27
• 2.3.1 瓶颈位置对系统的影响24-26
• 2.3.2 瓶颈间距对系统的影响26-27
• 2.3.3 瓶颈长度对系统的影响27
• 2.4 结论27-29
• 第三章 考虑阻滞干扰的路内泊车对路段交通流的影响研究29-37
• 3.1 引言29-30
• 3.2 模型30-31
• 3.3 数值模拟31-36
• 3.3.1 阻滞干扰对交通流的影响32-33
• 3.3.2 停车比例对交通流的影响33-34
• 3.3.3 停车带数量对交通流的影响34
• 3.3.4 时空演化图分析34-35
• 3.3.5 停车位利用率和待停车比例的关系35-36
• 3.4 结论36-37
• 第四章 双车道中的路内泊车对路段交通流的影响研究37-44
• 4.1 引言37
• 4.2 模型37-39
• 4.3 数值模拟39-42
• 4.3.1 阻滞干扰对交通流的影响39-40
• 4.3.2 停车比例对交通流的影响40-41
• 4.3.3 停车带数量对交通流的影响41-42
• 4.3.4 停车位利用率和待停车比例的关系42
• 4.4 结论42-44
• 第五章 高速公路维护对交通事故的影响研究44-52
• 5.1 引言44-45
• 5.2 模型45-46
• 5.3 数值模拟46-51
• 5.3.1 限速大小对系统交通事故的影响47
• 5.3.2 限速区长度对交通事故的影响47-49
• 5.3.3 道路瓶颈对交通流的影响49
• 5.3.4 交通事故位置研究49-50
• 5.3.5 交通事故类型的研究50-51
• 5.4 结论51-52
• 第六章 结论与展望52-55
• 6.1 本文工作总结52-54
• 6.2 研究展望54-55
• 参考文献55-63
• 致谢63-64
• 读研期间发表的论文64-65

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本文编号：1102038