刹车灯元胞自动机交通流模型研究

作     者：王佐君 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马寿峰

授予年度：2018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：交通拥堵 元胞自动机 刹车灯 车辆跟驰 同步流 基本图 

摘      要：交通工程是城市发展的重要组成部分,可随着经济的快速发展,一直存在着私家车拥有量过高,道路设施供给不足,交通污染,能源消耗等一系列严峻的现实社会问题。研究道路交通流的特点和演化规律可在一定程度上为道路规划、交通管理和优化提供可靠的建议。从实际检测交通流现象出发,建立合理有效的交通流仿真模型是当前主要的方式之一,模型是否能描述实际的交通流特性会在很大程度上决定着它的应用效果是否可靠。交通崩塌作为最重要的实测现象之一,影响着实际交通的优化和控制。根据实测数据,Kerner将拥挤交通流划分为同步流和宽运动堵塞。自由流到同步流的相变即为交通崩塌。交通崩塌现象发生之后,交通流会演化成为扩展同步流模式,或移动同步流模式,或局部同步流模式或者全面模式。然而很多既有模型都无法模拟符合实际的同步流,更不用说模拟交通崩塌现象。刹车灯模型,作为交通流元胞自动机模型的主要模型之一,有着极其广泛的应用。然而最新的期望车头距刹车灯模型(DTGBLM)无法模拟符合实际的同步流下游波面传播速度,这就削弱了它对交通崩塌发生之后的道路交通流状态的预测能力。本文在分析DTGBLM模型的基础上,发现期望时间车头距和期望减速度是影响同步流下游波面传播速度的两个关键因素,在此基础上,我们对模型进行了如下改进:(1)考虑了临界速度以区分刹车灯的作用效果;(2)认为前车的期望减速度设置为随速度变化。相关仿真结果表明新模型可实现对同步流、交通崩塌以及相关交通流模式的重现,并且同步流下游波面的传播速度在实际检测范围之内。最后我们用两种不同的对称换道规则对新模型进行了扩展,使其能够模拟多车道交通流。仿真结果显示,在换道动机和换道安全双因素的作用下,新模型在不同换道规则下依旧可以很好的模拟实际交通流现象,然而不同的换道规则会导致不同的换道曲线图。在此基础上,本文还对混合交通流双车道系统进行了仿真,发现会出现塞子现象。对此,本文对慢车的换道规则做了相关改进,使其符合实际。