基于冲突点探测的机非混合交叉口微观仿真模型研究

论文摘要

在我国混合交通流环境下,平面交叉口机非干扰现象相比国外情况严重许多。交叉口内不同的运动主体具有智能,个体上看似随意性较大地进行着运动,但整体系统最终却表现出一定的规律性。因此,我国平面交叉口形成了一个中等数目的基于局部信息做出行动的智能性和自适应性主体系统,也就是一个多种运动主体对道路资源进行竞争博弈并相互干扰的复杂系统。相对于这样的复杂系统,传统的跟驰模型、二维元胞自动机和多主体模型应用于我国平面交叉口仿真过程中,对非机动车、行人干扰以及多方向不同种类运动主体的“预判—决策—反馈”微观博弈过程的描述都存在一定的不足。因此,研究切合我国交通情况的微观仿真模型对国内城市交通问题的分析与研究具有重要意义。基于对交叉口通行现状的细致观察,结合前人在平面交叉口微观仿真的研究成果,本文以冲突点作为研究对象,从一种新的研究视角出发提出了一种新型的平面交叉口微观连续仿真模型——冲突点探测CPD模型,为平面交叉口交通仿真提供了一种新的思路。主要研究内容和创新点包括：(1)融合跟驰模型、元胞自动机模型和多主体仿真模型思想,提出了种以冲突点为虚拟研究主体的新型平面交叉口机非混合流的微观连续仿真建模方法,并建立了冲突点探测仿真模型(CPD),该模型具有位移连续性、容器性和开放性特征,可以灵活应用多种数理模型研究成果作为仿真规则,文中的算例即采用了几种扩展跟驰模型、IDM模型(高密度时减速意愿部分)以及前人所研究的行人发生及运动模型。试算结果表明CPD模型在对实际冲突严重条件下的平面交叉口仿真现象反映能力良好。(2)不同于以往同类仿真模型只将运动主体或离散空间作为研究对象,本文将运动主体运行轨迹上产生冲突的位置点作为具有“观测运动主体冲突情况并可决策其运动状态变化”的虚拟冲突点主体,将多种运动主体在冲突点“预判——决策”的路权冲突博弈复杂交互过程转化为冲突点虚拟主体的“感知——决策”过程,并且虚拟冲突点主体的决策结果可以反作用于参与对本冲突点进行博弈的所有运动主体。这种模型思想易于微观细致地描述平交口各种运动主体在路权博弈过程中产生的“刺激——反应”现象。(3)基于CPD模型,提出了一种新型的以冲突点主体和运动主体共同作为网络节点所生成的平面交叉口动态拓扑描述方式,这种拓扑结构可以清晰地反映运动主体与冲突点之间的邻接关系,并且易于实现运动主体的位置更新过程,为CPD模型反映微观层次的冲突博弈提供了良好的结构载体。(4)基于CPD模型特点,建立了冲突点博弈规则函数,分析了其系统动力函数特性,并提出了单步长两阶段仿真方法,可以分步骤分析邻近冲突点周围多种运动主体的路权争夺博弈行为,以及博弈结果对平交口内所有运动主体影响的过程,为在微观时长内更细致地分析冲突实质提供了一个新的视角。(5)针对CPD模型的特性,结合基于通用图形运算处理器(GPGPU)大规模并行运算技术和P2P网格运算结构的并行化方法,提出了可用于多路段与平交口所组成大规模交通网络的并行仿真架构,并初步给出了相应的算法和效率分析,实验证明采用GPGPU并行结构算法其效率为串行结构的5倍以上,而采用网格结构的并行化方法在一定规模的集群内可以大幅度提升大规模路网微观仿真计算的效率

论文目录

致谢

中文摘要

ABSTRACT

表格目录

图形目录

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 选题意义及研究内容

1.4 技术路线与论文结构

第2章经典交通仿真模型分析及借鉴

2.1 平面交叉口机非混合冲突实质分析

2.1.1 机动车在交叉口的运动特点

2.1.2 非机动车在交叉口的运动特点

2.1.3 行人在交叉口的运动特点

2.2 三种仿真模型的局限和启发

2.2.1 车辆跟驰模型

2.2.2 二维元胞自动机模型

2.2.3 多主体仿真模型

2.3 本章小结

第3章冲突点探测模型

3.1 模型原理

3.2 静态网络拓扑初始化

3.3 动态网络拓扑更新

3.4 冲突点博弈及系统动力函数

3.4.1 冲突点博弈规则函数

（1）标准函数表示法

（2）基于多主体模型表示法

3.4.2 系统动力函数

（1）扩展跟驰函数

（2）位置状态迁移规则

3.5 单步长两阶段仿真

3.6 对信号交叉口结构的转换方法

3.7 本章小结

第4章模型算法及性能分析

4.1 模型算法

4.1.1 初始CU网络拓扑构造器

4.1.2 MU发生器

4.1.3 仿真器

4.1.4 数据处理器

4.2 与二维元胞自动机算法效率对比

4.2.1 空间复杂度比较

4.2.2 时间复杂度比较

4.2.3 精度比较

4.2.4 算例检验

4.2.5 算法并行能力分析

4.3 本章小结

第5章仿真算例及效果检验

5.1 试算环境及参数

5.2 冲突反映能力分析

5.3 实际算例及结果分析

5.4 本章小结

第6章模型并行化架构及方法研究

6.1 通用图形计算（GPGPU）架构

6.2 基于GPGPU并行化方法的实现及其效率分析

6.3 基于网格计算的融入路网并行化方法

6.3.1 计算网格架构的实现

6.3.2 通信模型

6.3.3 数据服务代理

6.3.4 仿真过程任务调度

6.3.5 效率分析

6.4 本章小结

第7章结论与展望

7.1 主要工作及研究结论

7.2 主要创新点

7.3 值得进一步研究的问题

参考文献

作者简历

学位论文数据集

基于冲突点探测的机非混合交叉口微观仿真模型研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢