基于诱导信息的交通流动力学特性与非线性密度波研究

论文摘要

本文的工作旨在研究路段交通流理论中的若干前沿性问题：在现有交通流宏微观模型的基础上，考虑到智能交通运输系统的效能和模型的实际可用性，提出改进的模型，并进行相应的理论分析和数值模拟；进而探讨宏微观模型之间的相互联系；特别侧重于考察交通流中普遍存在的各种非线性密度波。全文的主要工作如下： 一、在NaSch元胞自动机模型中考虑可变安全间距和期望效应对交通流演化的影响。 在NaSch元胞自动机交通流模型的基础上，考虑最近邻车辆对当前车辆运动状态的影响时，引入有效间距，并提出可变安全间距的新概念。传统的安全间距通常设置一个最小值，并且取为常数，而可变安全间距则与当前车速度成正比，亦即，当前车的车速越大，所需的安全间距也就越大。根据数值试验的结果，确定了可变安全间距与当前车速度的一个比例因子，称之为速度调节因子τ=0.5，从而建立一种新模型——计及可变安全间距的NaSch模型。在此基础上，我们进一步研究改变慢化概率步骤在演化规则中的顺序对模型产生的影响，提出另一种新的元胞自动机模型——可变安全间距敏感驾驶模型。模拟结果显示，两种改进的模型所得到的最大流量均大于NaSch模型得到的结果，更符合交通实测数据，而用敏感驾驶可变安全间距模型模拟得到的结果更接近于实际。我们还给出了一种基于智能交通系统(ITS)考虑的元胞自动机新模型，即 合作驾驶元胞自动机模型。模型中包括了刹车灯、可变安全间距以及慢启动等现实交通因素。文中还分析快车和慢车并存的混合交通流，数值模拟表明：车流中只要有慢车加入，不论比例大小，都会极大程度地影响整个交通流量，因此有必要严格执行快慢车分道行驶的规则，这应该成为解决我国当前交通难问题的有效手段之一。我们还探讨该模型中提供诱导信息的最佳前方车辆数目，提出选取方案，并通过随后的跟驰模型和格子流体力学模型分析给出了理论说明。合作驾驶能够大幅度提高道路实际通行能力，从而进一步证实ITS是发展现代化交通的行之有效的途径。 二、将车辆跟驰模型中方程的三种类型进行比较和归纳，导出KdV和mKdV方程的解的统一形式。 归纳了车辆跟驰模型中方程的三类表现形式：一阶常微分方程、二阶常微分方程和差分方程；研究在不同交通流区域中密度波所呈现的形式，大致分为：稳定性区域，亚稳态区域和不稳定区域。对不同的区域可以导出各自的非线性发展方程：Burgers

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 交通流模型分类
• 1.2.1 交通流宏观模型
• 1.2.2 交通流微观模型
• 1.2.3 交通流介观模型
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 元胞自动机交通流模型的研究
• 2.1 改进的元胞自动机模型简介
• 2.1.1 HS模型
• 2.1.2 BL模型
• 2.1.3 敏感驾驶模型
• 2.2 可变安全间距模型
• 2.3 可变安全间距敏感驾驶模型
• 2.4 合作驾驶元胞自动机模型
• 第三章 三类跟驰模型密度波的统一解
• 3.1 三类跟驰模型的简介
• 3.2 线性稳定性分析
• 3.3 Burgers方程
• 3.4 KdV方程
• 3.5 mKdV方程
• 3.6 实例分析
• 第四章 基于ITS的车辆跟驰模型的研究
• 4.1 基于ITS的次近邻跟驰模型
• 4.2 多车辆作用模型简介
• 4.3 合作驾驶车辆跟驰模型
• 4.3.1 模型的提出
• 4.3.2 线性稳定性分析
• 4.3.3 mKdV方程
• 4.3.4 数值模拟
• 4.3.5 KdV方程
• 4.3.6 数值模拟
• 第五章 合作驾驶格子流体力学模型
• 5.1 模型的提出
• 5.2 线性稳定性分析
• 5.2 非线性分析
• 5.2 结果分析与讨论
• 第六章 流体力学模型和非线性密度波
• 6.1 速度梯度模型
• 6.1.1 模型简介
• 6.1.2 模型修正及线性分析
• 6.1.3 非线性分析
• 6.2 密度粘性流体力学模型
• 6.2.1 模型的提出
• 6.2.2 模型分析
• 第七章 结论和展望
• 7.1 本文的工作总结
• 7.2 交通流研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的论文
• 致谢
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