基于元胞自动机的交通流改进模型及模拟分析

作     者：卫妮娜 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞礼军;吕连恩

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：元胞自动机 驾驶心理 车速预估 安全参数 速度混合 绿信比 

摘      要：元胞自动机模型能够更加真实的反映实际道路交通情况,因而在交通流模拟仿真方面具有很大的优势。建立符合实际道路交通的元胞自动机交通流模型,其模拟仿真有助于认识交通流的一些基本规律,期望为交通运输部门制定政策、解决交通问题时提供辅助决策工具。本文围绕交通流元胞自动机模型主要研究了几个方面的问题,包括改进双车道模型的建立与模拟分析、速度混合模型的建立与模拟分析、模型在信号控制交叉口的应用等。主要研究工作如下:首先,对交通流及元胞自动机的理论基础进行概述,并对现存经典的元胞自动机交通流模型进行了简单的介绍和分析,从这些模型的更新规则和模型的模拟仿真结果分析了各个模型的适应性与其存在的不足。其次,建立了基于安全参数的双车道元胞自动机交通流模型并进行模拟分析。以NaSh模型和STNS模型为基础,考虑到车辆在确定性减速过程中对前车下一时步速度的预估以及车辆换道过程中的动态车间距,同时基于驾驶员不同的驾驶心理,提出了基于安全参数的双车道交通流元胞自动机模型。随后对改进模型在禁止换道超车和自由换道超车两种交通规则下进行模拟仿真和对比分析。结果表明:改进的模型能够描述交通流的基本特性,并且改进模型的最大交通量明显高于STNS模型,更接近于实测交通的最大流量,拟合度也更高。然后,建立改进的速度混合交通流模型并进行模拟分析。考虑到实际道路交通中的情况,将安全参数模型应用到混合交通流中并赋予快车和慢车不同的随机慢化概率,对其进行模拟仿真和分析。模拟结果表明:改进模型可以削弱系统中的慢车作用,一定程度上解决慢车作用被高估的问题,同时使得道路的整体通行能力有一定增加,道路的资源利用率得到了一定的提高,并且能够使实际道路交通的情况更加真实的呈现。最后,将论文改进模型即安全参数模型应用到主干道与次干道交叉口通过信号控制的道路系统中,并用MATLAB对主干道系统进行模拟仿真。仿真结果表明:模型能够再现信号控制下的道路系统交通流特性,模拟得到的主干道系统空间-密度图呈现锯齿状符合实际交通特性;绿信比的大小对系统车流能够产生比较大的影响。