道路瓶颈处交通拥堵的长程相关性和能耗的研究

发布时间：2018-03-02 14:39

本文选题：元胞自动机模型　切入点：交通瓶颈　出处：《广西大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来随着车辆的快速增加,交通拥堵成为了社会的一大公害,严重地制约社会经济的发展。道路交通瓶颈是导致交通拥堵的一个重要因素,它不仅严重的影响了道路通行能力,由于交通拥堵造成的交通运输能源的消耗也加剧了大气的污染。交通实测表明在交通拥堵消除过程中,可以观测到许多非平衡、非线性现象,例如交通相变、交通激波、同步流和走走停停交通等物理现象。交通瓶颈可以诱导交通流状态演化成为不同特征的交通拥挤现象,所以各种复杂的交通拥堵模式往往发生在交通瓶颈处。在实际的道路交通状况中由于不同原因造成的交通瓶颈经常出现,人们对于瓶颈处的交通拥塞的许多问题认识还不是很清楚,以及还有很多复杂交通现象的物理机制还有待我们去研究。因此研究交通瓶颈处的复杂特性对实际的工程应用和科学都是重要的。基于此,本文在三相交通流理论的基础上,建立了含有局部缩减道路的交通瓶颈的元胞自动机模型,通过数值模拟,分析了交通瓶颈附近的时间序列以及能量耗散问题,本文的主要工作如下几个方面： 1.运用时间序列分析方法中的R/S分析方法分析了交通瓶颈附近各个相态的密度时间序列数据的长程相关特性,得到了标度关系。对三相交通流中的各个交通流相态的长程相关特性进行讨论。在周期性边界条件下,结果显示瓶颈长度对Hurst指数有着重要影响,瓶颈长度越长,Hurst指数越大,即瓶颈越长对瓶颈口附近的车辆相互作用的影响越大时间序列的长程相关性越强。在开放性边界条件下,结果表明不同的进车概率和出车概率对Hurst指数有着重要的影响。结果发现瓶颈位置对Hurst指数的影响不大。 2.继上一个工作建立的模型基础上,运用时间序列分析方法中的去趋势涨落分析方法(DFA)分析交通瓶颈口附近的交通时间序列的长程相关特性,得到了幂率关系。在周期性边界条件下,结果显示瓶颈长度越长,标度指数越大,即瓶颈越长对瓶颈口附近的车辆相互作用的影响越大时间序列的长程相关性越强。将KKW模型与NaSch模型对比,发现在NaSch模型中无论是自由流还是拥挤流,时间序列都呈现出长程反相关。在开放性边界条件下,结果表明不同的进车概率和出车概率对标度指数有着重要的影响；结果发现瓶颈位置对标度指数的影响不大。在与R/S分析方法对比结果得到当交通流处于同步流时,时间序列呈现长程相关性,当交通流处于自由流或者宽运动堵塞时,时间序列呈现长程反相关。得到的结果与R/S方法的趋势相同。 3.第四章研究了含有交通瓶颈系统的能量耗散问题。通过定义平均能量耗散,研究在周期边界条件下瓶颈口附近的能耗问题,研究表明局部缩减道路长度对道路的通行能力的有着重要影响,不同的最大速度和车辆尺度对交通流能耗有不同的影响。同时研究在开放边界条件下,进车概率和出车概率对道路的通行能力和车辆平均能耗的影响。研究结果表明当进车概率变大或者出车概率减小时,道路越容易堵塞、平均能耗越小。
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【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U491.265

【参考文献】