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基于元胞模型的快速路入口匝道控制

基于元胞模型的快速路入口匝道控制

作者：梁振宇华南理工大学

学位级别：硕士

近三十年来,中国经济持续发展,许多家庭拥有小汽车,道路交通拥堵经常出现。拥堵更容易产生交通事件,同时带来更多的尾气排放和噪声污染。如何利用现代管理知识和先进控制技术解决交通拥堵问题是一个研究热点,具有重要的现实意义。本文... 详细信息

近三十年来,中国经济持续发展,许多家庭拥有小汽车,道路交通拥堵经常出现。拥堵更容易产生交通事件,同时带来更多的尾气排放和噪声污染。如何利用现代管理知识和先进控制技术解决交通拥堵问题是一个研究热点,具有重要的现实意义。本文研究快速路入口匝道控制,利用元胞模型来描述快速路交通流演化过程,分别用模糊控制、改进的小脑神经网络PID复合控制、PD型迭代学习控制设计匝道控制器,使主线交通密度达到所需的期望状态,从而减缓或消除主线拥堵。具体研究工作和创新如下:(1)研究了道路元胞模型。依据流量、密度之间的关系,建立了元胞i传输流量方程和四种元胞密度方程,这四种元胞分别为混合元胞、汇入元胞、分离元胞和单一元胞。(2)基于元胞模型设计了快速路入口匝道模糊控制器。用元胞模型来描述主线交通流演化过程,确定了相关变量的隶属度高斯曲线,制定了模糊决策过程中使用的30条规则,利用反馈技术构建了主线密度闭环控制结构,并对一条16个元胞的快速路进行了仿真验证,证明了模糊逻辑方法具有较好的密度跟踪能力,能使拥堵的交通流转化为正常交通流。(3)基于元胞模型设计了快速路入口匝道改进的小脑神经网络PID复合控制器。阐述了小脑网络结构与算法,依据贮存单元占用的次数来调整网络权值,利用反馈技术和前馈网络构建了主线密度复合控制结构,并对一条16个元胞的快速路进行了仿真验证,证明了复合控制很好的密度跟踪能力,能使拥堵的快速路恢复到正常运行状态。(4)基于元胞模型设计了快速路入口匝道迭代学习控制器。阐述了迭代控制目标,利用PD型迭代学习控制构建了主线密度控制结构,并对一条16个元胞的快速路进行了仿真验证,证实了迭代学习方法优越的密度跟踪能力和良好的抗噪声扰动能力,它能很好地消除快速路交通拥堵。文中还比较了三种控制策略的控制效果和控制性能。从总体来看,模糊控制在初期阶段的控制性能要优于经典的ALINEA方法,复合控制和迭代学习控制在初期阶段的控制性能和抗噪声干扰能力比模糊控制更好。在后期阶段,三种方法的稳态性能相同。

关键词：快速路元胞模型匝道控制模糊逻辑小脑神经网络迭代学习

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基于元胞模型的列车运营能力研究

北京交通大学学报 2014年第2期38卷 29-36页

作者：侯忠生陈飞北京交通大学电子信息工程学院北京100044

通过分析影响列车运营能力的主要因素,将运营能力转换为线路通过能力和折返站折返能力,从理论上分析线路通过能力和折返站折返能力.结合列车运行的实际情景,建立基于元胞自动机的列车追踪与折返模型,并通过Matlab编程对模型进行仿真实现... 详细信息

通过分析影响列车运营能力的主要因素,将运营能力转换为线路通过能力和折返站折返能力,从理论上分析线路通过能力和折返站折返能力.结合列车运行的实际情景,建立基于元胞自动机的列车追踪与折返模型,并通过Matlab编程对模型进行仿真实现;最后对实际在建的城市轨道线路郑州1号线进行模拟仿真,通过所建立的模型分析其运营能力,验证模型的可靠性和可行性,并结合实际情况提出了提升运营能力的措施或方法.

关键词：元胞模型运营能力郑州地铁1号线

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元胞模型在地貌演化模拟中的应用浅析

地理科学进展 2005年第1期24卷 105-115页

作者：黄翀刘高焕中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

元胞自动机是一个时空离散的动力学模型,是复杂系统的研究方法之一。从80年代后期开始,在许多领域都得到广泛的应用与发展。地貌是一个非线性动态复杂系统,元胞自动机模型(或更广意义上的元胞模型)为研究复杂地貌系统的动态演化提供了... 详细信息

元胞自动机是一个时空离散的动力学模型,是复杂系统的研究方法之一。从80年代后期开始,在许多领域都得到广泛的应用与发展。地貌是一个非线性动态复杂系统,元胞自动机模型(或更广意义上的元胞模型)为研究复杂地貌系统的动态演化提供了新的方法论工具。本文根据近些年国内外该领域的研究成果,对元胞模型在地貌演化模拟中的应用及进展进行了探讨,并分析了元胞模型方法在地貌演化模拟中的优势和不足。

关键词：元胞自动机元胞模型地貌演化突现模拟

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区域危险品泄漏事故后元胞路网疏散模型研究

交通运输系统工程与信息 2012年第4期12卷 143-148页

作者：陈钢铁帅斌西南交通大学交通运输与物流学院成都610031

当易扩散性危险品发生严重泄漏后,危害区的应急交通疏散对减少人员伤害和经济损失具有非常重要的作用.本文研究区域易扩散性危险品发生泄漏后,建立在规定的时间内,应急交通部门主导的路网疏散,目标函数为区域应急疏散路网能力的元胞传... 详细信息

当易扩散性危险品发生严重泄漏后,危害区的应急交通疏散对减少人员伤害和经济损失具有非常重要的作用.本文研究区域易扩散性危险品发生泄漏后,建立在规定的时间内,应急交通部门主导的路网疏散,目标函数为区域应急疏散路网能力的元胞传输模型.结合模型复杂性的特点,以及量子粒子群算法的优点对模型进行求解.算例表明,在应急疏散过程中,应急交通管理部门利用信息优势和主导权利使路网应急疏散能力比自然的路网应急疏散能力提高了56.9%.模型和算法可为应急交通管理决策部门提供理论支持.

关键词：综合交通运输应急疏散元胞模型危险品量子粒子群算法最大疏散车流

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基于元胞模型的河道纵剖面调整动态模拟

地理研究 2006年第2期25卷 342-349页

作者：黄翀刘高焕中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

纵剖面的调整是河道演化的重要内容,其对于河道整治及水沙灾害机理研究都具有重要意义。利用多年观测资料可以较为精确地分析和推断河道纵剖面的调整过程。但是,这种方法不能从过程机理上对纵剖面的调整进行模拟分析。而自然条件下河道... 详细信息

纵剖面的调整是河道演化的重要内容,其对于河道整治及水沙灾害机理研究都具有重要意义。利用多年观测资料可以较为精确地分析和推断河道纵剖面的调整过程。但是,这种方法不能从过程机理上对纵剖面的调整进行模拟分析。而自然条件下河道边界条件的复杂性使得对河道纵剖面演化的物理过程模拟有很大困难。元胞自动机是一个时间、空间和状态都离散的动力模型,是研究复杂系统动态演化过程的有力工具。本文以黄河尾闾河道为例,利用一维元胞模型对河道纵剖面的调整进行动态模拟。模拟揭示了河道纵剖面在初始形态、不同水沙组合以及河道延伸等情况下的演化规律与趋势。

关键词：元胞自动机元胞模型河流纵剖面动态模拟

浅谈渗透理论及元胞模型在城市绿地系统规划中的应用

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福建农业 2015年第6期 220-页

作者：关任贺琪琳重庆市西南大学园艺园林学院

如今景观生态学在城市发展中起到了越来越重要的作用,在注重经济发展的情况下,注重科学发展、生态发展已经成为了当今的趋势,那么景观生态学的重要理论成果渗透理论及元胞模型必然会在城市的发展中起到重要作用。而城市绿地系统规划是... 详细信息

如今景观生态学在城市发展中起到了越来越重要的作用,在注重经济发展的情况下,注重科学发展、生态发展已经成为了当今的趋势,那么景观生态学的重要理论成果渗透理论及元胞模型必然会在城市的发展中起到重要作用。而城市绿地系统规划是城市生态的主要表现形式,本文主要探讨了渗透理论及元胞模型在城市绿地系统规划中的应用及景观生态建设。

关键词：渗透理论元胞模型临界阈值城市绿地系统规划

均质砂岩损伤临界值的研究及SHPB试验验证

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北京理工大学学报 2017年第8期37卷 807-812,823页

作者：李胜林张青成吴帅峰刘振帅中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 金诚信矿业管理股份有限公司北京101500

砂岩在冲击荷载下,损伤量D通常在小于1的情况下就发生破坏,存在损伤临界值.本文首先根据分形几何理论和砂岩结构特征,建立2×3的元胞模型,理论解析出砂岩的不稳定损伤临界值为0.4,阶段变化的损伤临界值为0.119.然后通过直径50mm的SHPB... 详细信息

砂岩在冲击荷载下,损伤量D通常在小于1的情况下就发生破坏,存在损伤临界值.本文首先根据分形几何理论和砂岩结构特征,建立2×3的元胞模型,理论解析出砂岩的不稳定损伤临界值为0.4,阶段变化的损伤临界值为0.119.然后通过直径50mm的SHPB试验结果分析,表明在砂岩动态损伤演化过程中有两个临界点,第1点为从线形损伤阶段到加快损伤阶段的临界点,对应的损伤量约为0.1;第2点为从损伤阶段到破坏阶段的临界点,对应的损伤量约为0.4,与理论研究十分吻合.该研究揭示了砂岩在损伤演化过程中发生破坏的临界问题.

关键词：元胞模型 SHPB试验砂岩损伤临界值

基于等效通行能力的高速公路匝道收费站出口排队模型研究

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基于等效通行能力的高速公路匝道收费站出口排队模型研究

作者：李梦寒重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速公路的发展,收费站排队拥堵问题日益加剧。站前广场作为收费站区域中的关键部分,站前广场通行能力和排队长度的研究是解决收费站区域排队拥堵问题的基础。现有文献关于站前广场通行能力和排队长度的研究使用的是传统模型且... 详细信息

随着我国高速公路的发展,收费站排队拥堵问题日益加剧。站前广场作为收费站区域中的关键部分,站前广场通行能力和排队长度的研究是解决收费站区域排队拥堵问题的基础。现有文献关于站前广场通行能力和排队长度的研究使用的是传统模型且是将收费站区域当作一个整体来研究,未考虑到收费站是一个多路段复合区域,且路段之间的交通流特性差异较大。因此,在以往的收费站研究中存在一定的缺陷和不足。本文在既有研究和交通流理论的基础上,对收费站区域的一般布局、交通流特性和通行能力影响因素进行了研究,基于传统通行能力计算方法的缺陷,建立了基于元胞的匝道收费站站前广场通行能力模型,而后基于等效通行能力的思想,建立了适用于匝道收费站的改进双排队模型。本文提出的站前广场通行能力模型和双排队模型,具有创新性和实用性,为缓解收费站排队拥堵问题提供了一定的理论依据。首先,本文对收费站区域的一般布局和不同类型车道的设计标准进行了分析,对不同车道类型所对应的收费方式和车辆组成进行了讨论。得出了匝道收费站布局的基本参数和不同类型车道的设计参数,为后文分析匝道收费站区域的交通流特性和通行能力做铺垫。其次,本文将匝道收费站区域进行拆分,分为匝道上游路段、站前广场和收费口三个主要路段,分别对三个路段的通行能力进行分析。随后对站前广场通行能力的关键因素进行了探讨,得出站前广场长度、收费车道的配置以及匝道车道数是影响站前广场通行能力的关键因素。于是,本文借助元胞思想建立了基于元胞的站前广场通行能力模型,利用Vissim仿真对交通流关键参数进行了标定。通过理论模型,对不同站前广场长度,不同收费车道配置以及不同匝道类型的情况下的理论通行能力进行了计算并得出了理论值。对实际收费站通行能力进行仿真,得出了仿真结果并进行了误差分析。最后,本文根据等效通行能力的概念,将不规则的站前广场区域等效为规则路段。从匝道出口处至收费口入口处的路径,以匝道上游路段为上游队列,收费口处为下游队列,并根据收费站区域特性对双排队模型进行了改进,建立了基于站前广场的双排队模型。随后,利用Dss Cloud远程监控软件,对宁夏省多个存在排队拥堵情况的收费站进行了远程实时监控,对各收费站布局、驶入率、驶出率、排队长度等数据进行了采集。对所得数据进行的处理和分析,带入双排队模型进行验证。研究结果表明,站前广场通行能力是收费站区域通行能力的关键。通过对仿真结果与理论结果进行对比,得出通行能力误差在合理范围内,该模型具有一定的指导意义。当其他情况相同时,在匝道车道数量越多、站前广场长度越长、ETC车道数量越多这三种情况下,该站前广场通行能力越大。排队长度方面,匝道总体出现排队情况较站前广场相比较少,且排队车辆数也较少。当收费站排队情况不严重时,双排队模型的准确率较高。当收费站排队长度较长,拥堵情况较严重时,准确率会下降。

关键词：收费站通行能力排队长度双排队模型元胞模型

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基于多策略差分进化的元胞多目标遗传算法

计算机集成制造系统 2014年第6期20卷 1342-1351页

作者：詹腾张屹朱大林刘铮郑小东三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002

针对现有的多目标进化算法在求解复杂的多目标优化问题时收敛性不佳和解的分布性差等问题,提出一种基于多策略差分进化的元胞多目标遗传算法。通过分析不同差分进化模式的优劣,结合元胞模型,定义了一种多策略差分协同进化的选择算子;针... 详细信息

针对现有的多目标进化算法在求解复杂的多目标优化问题时收敛性不佳和解的分布性差等问题,提出一种基于多策略差分进化的元胞多目标遗传算法。通过分析不同差分进化模式的优劣,结合元胞模型,定义了一种多策略差分协同进化的选择算子;针对当前拥挤距离评估方法存在的缺陷,引入一种基于熵的拥挤距离评估方法,同时改进了替换策略。通过12个标准测试函数进行测试,证明了新算法相对于非支配排序遗传算法、元胞多目标遗传算法和混合元胞遗传算法,不仅具有更好的收敛性和多样性,而且在解的覆盖率上得到了一定程度的提高,尤其适合于高维复杂多目标优化问题的求解。

关键词：元胞模型多策略差分进化多目标优化拥挤距离评估替换策略