基于元胞自动机的高速公路隧道群交通流研究

发布时间：2019-10-17 23:44

【摘要】：随着我国现代化建设速度的突飞猛进,国民经济生活水平的不断提高。高速公路网的基础设施建设不断向我国中西部地区拓展并日趋完善,由此延伸出众多的桥隧、隧道群、连续平纵线型等特殊路段结构,极大地缩短了公路货物运输和长途旅行的出行距离和时间。另一方面,随着我国汽车保有量的持续飙升,使得现有高速公路网越来越拥堵,由此引发了很多的交通问题,例如生态环境遭到破坏、噪声污染、现有路网利用不充分以及大量的交通事故等。在众多的交通问题中,本文主要从道路交通流的角度出发,以我国高速公路隧道群为研究对象,针对高速公路隧道群这一特殊“瓶颈”路段建立相应的交通流元胞自动机模型。从微观角度深入剖析其内在演化机理和宏观交通流参数变化过程,寻求交通流影响因素对高速公路隧道群行车的影响,发掘出各因素间的关系,以改善行车安全和提高道路通行能力。元胞自动机具有的时空离散等距性、局部更新并行性和高维性演化特征,使其能够动态地刻画出交通系统中隐形的微观和宏观物理现象以及内部耦合机理,而且在应用过程中灵活多样。可以针对不同的道路条件建立符合实际情况的交通流模型,是目前交通界中一种常用的工具。为了对高速公路隧道群进行深入分析,本文对高速公路隧道群进行路段划分,探讨各自的行车基本特征。然后建立高速公路单体隧道、高速公路隧道群和事故影响下高速公路隧道群交通流CA模型,通过数值模拟分析其交通流特性对高速公路隧道群通行能力的影响,主要工作有如下几个方面:第一,通过对现有研究现状和文献综述的总结,找到该领域研究目前存在的问题和空白之处,从交通流的角度对高速公路隧道群各路段展开讨论;第二,从高速公路隧道群路段的方式划分、隧道进出口驾驶员视觉特征、交通特征、运行环境特征以及交通事故特征全面剖析我国高速公路隧道群“瓶颈”路段的交通流特点;以此来建立高速公路隧道群元胞自动机模型,为进一步的交通流分析做好准备;第三,对所建立的高速公路单体隧道交通流CA模型进行计算机数值模拟,分析车辆的演化过程、整体交通流量和平均速度的变化过程对道路通行能力的影响;第四,根据驾驶员的视觉特性等规范对不同类型的高速公路单体隧道的交通流特性做出分析,为分析高速公路隧道群这一“正常”-“瓶颈”-“过渡”-“瓶颈”……模式的“瓶颈”路段做好充分的准备,并拓展出当隧道群发生交通事故时的元胞自动机交通流模型;第五,对所建立的高速公路隧道群以及考虑交通事故的交通流CA模型进行计算机数值模拟,从过渡路段长度、平纵线型特性、慢车比例、隧道内设置安全距离、事故区作业时间和作业长度以及事故作业区前设置限速值对整个隧道群交通流量的影响,进一步分析其道路通行能力。最后,总结本文的研究成果和展望有待研究的问题。
【图文】：

眩光,日光,变化特性,驾驶员

波动性很大，对行车安全的危害性更大。有相关研究数据表明，各种驾驶特性在日光眩光条件下有显著性变化，详见下图 2.5。图2.5 驾驶员在日光眩光影响下视觉变化特性根据图中描述我们可以看出，日光眩光下对驾驶员的视力影响高达 42%，，严重影响其行车安全；适应性和视野也是影响驾驶员视觉的重要因素，在设计和施工阶段都应该考虑进去。由于隧道洞体内部是一个相对封闭的环境，加之空间限制及照明有限等影响因素，导致司机进入隧道后其视距有较大影响，较正常路段行车时的视距大大缩短，因而隧道内的视距条件是影响隧道安全行车的重要因素之一。已有研究表明车辆事故率和行车视距的关系图如下图 2.6 所示[19]。5%42%23%8%22%色彩视力适应性立体视觉视野

路段,隧道,单体,结构示意图

将隧道群中单体隧道分成 7 个区段来考虑，如图3.1 所示，以此来建立不同路段的演化规则，客观、真实地反映隧道各路段的交通流特性。图 3.1 单体隧道各路段结构示意图下面确定各路段的长度：根据 2.1.2 节的计算结果得到入的长度为L = ，L = ，L = ，L = ，路段L 和L 的长度后面的程序模拟中我们可以灵活调整，L = L L L L L L L 。在本章节所建立的模型运行规则制定之前，本文做了以下几点假设：（1）模拟过程中只考虑小汽车（快车）和大卡车（慢车）
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U491.112

【参考文献】