基于元胞自动机的自行车流建模研究

论文摘要

随着世界范围内能源和交通问题的日益严峻,如何规划和管理交通、合理配置交通资源越来越受到人们的重视。智能交通系统是交通规划、管理和控制的重要手段,交通建模与仿真是智能交通系统的重要内容之一。自行车流作为交通流的重要组成部分,具有灵活、人力驱动等特点,表现出与机动车不同的行驶特征。自行车流常与其它交通流发生冲突,对交通产生不小的影响。国内外学者近年来加大了自行车流建模的研究力度,但仍有许多研究空白需要填补,至今尚无公认成熟的自行车流模型,因此这是个具有理论研究意义与应用价值的研究课题。本文通过对自行车流特点的研究和分析,主要完成了自行车流的微观和中观建模,取得如下研究成果:（1）结合实际自行车流的基本特征,改进原有自行车流微观模型。通过分析自行车流的速度-密度关系,总结期望速度对自行车行驶起着不可忽视的作用。在原有CA自行车流微观模型基础上引入期望速度的影响,仿真结果比原模型更符合实际情况。（2）为了增加微观模型的可扩展性,提出一种新的自行车微观模型——广义元胞自动机模型。该模型以分层结构和矩阵计算为特点,将模型的更新统一为矩阵计算的形式,各种交通影响因素在各个层次上对骑行决策施加影响。并将广义元胞自动机模型从路段扩展到路口,利用可接受间距的冲突点方法处理不同交通对象之间的冲突。仿真结果体现自行车流基本变量关系,定性地验证了导航、信号灯对自行车流的影响,初步地验证了路口模型。（3）针对大规模路网仿真对模型细致程度的不同要求,提出一种中观自行车流模型——Cell-Stream模型。该模型在路段以群（Cell）描述若干特性类似的自行车,在路口以流（Stream）描述目的地相同的自行车。模型能表现出自行车流整体的速度一密度特性,运算简单,适合大规模网络仿真。该中观模型本质上对自行车流的描述基于个体,这为今后在此基础上研究混杂模型提供了可能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 元胞自动机模型及其在交通中的应用
• 1.2.1 元胞自动机模型简介
• 1.2.2 单车道CA模型
• 1.2.3 多车道CA模型
• 1.2.4 网络CA模型
• 1.2.5 CA模型在交通中的应用
• 1.3 自行车流建模研究现状
• 1.3.1 自行车流宏观建模现状
• 1.3.2 自行车流微观建模现状
• 1.3.3 自行车流中观建模现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 自行车流特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 自行车流数据采集
• 2.3 自行车流基本特性分析
• 2.3.1 自行车流的特点及交通特性
• 2.3.2 自行车的通行能力
• 2.3.3 自行车基本变量关系
• 2.4 本章小结
• 3 基于CA的自行车流微观建模与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 基于元胞自动机的微观自行车流模型
• 3.2.1 原模型的局限性
• 3.2.2 期望速度的改进
• 3.2.3 模型的描述
• 3.2.4 仿真及验证
• 3.3 基于广义元胞自动机的微观自行车流模型
• 3.3.1 广义元胞自动机模型的特点
• 3.3.2 广义元胞自动机的描述
• 3.3.3 广义元胞自动机交叉口建模
• 3.3.4 仿真及验证
• 3.4 本章小结
• 4 基于CELL-STREAM的中观自行车流建模
• 4.1 引言
• 4.2 中观道路路网模型
• 4.3 自行车的群和流
• 4.4 CELL-STREAM自行车流模型
• 4.4.1 路段模型
• 4.4.2 路口模型
• 4.5 仿真及验证
• 4.6 本章小结
• 5 小结及展望
• 5.1 本文主要研究工作与创新点
• 5.2 未来研究方向的展望
• 参考文献
• 附录