基于元胞自动机的交通流自组织临界特性分析

发布时间：2020-01-19 14:45

【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。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U491.112

【参考文献】