基于多值元胞自动机的自行车流模型模拟及分析研究

论文摘要

近年来,我国的城市化和机动化进程不断加快,城市机动车保有量迅速增加;与此同时,自行车拥有量虽有所减少,但其作为一种经济、环保、便捷的交通工具将长期存在,机动车与自行车组成的混合交通是我国城市交通的显著特点,也是治理城市交通问题的一大难点。因此,无数学者对自行车交通及其理论也开始了探索。基于此,本文将多值元胞自动机模型应用到自行车交通流的研究中,试图寻找自行车交通运行的内在机理,为自行车交通的规划、控制与管理提供一些理论依据。通过分析自行车交通的基本特点及其交通流特性,对多值元胞自动机EBCA2模型进行了改进并加以模拟分析。模拟结果表明改进后的模型能够较好地描述自行车交通流的基本特性,其密度一流量曲线及自行车专用道最大通行能力均符合理论分析值;自行车运动时空图能够很好地反映自行车交通的运行机理及其交通堵塞产生和疏散的原因,为更好地掌握自行车交通特性提供了理论依据;此外,还分析了随机慢化概率及车道数对自行车专用道通行能力的影响,通过程序模拟及理论分析得出了自行车专用道宽度的理论取值范围。为了更进一步地掌握自行车交通流特性,本文按照自行车最大车速的不同,把自行车分为快自行车和慢自行车,建立了混合自行车流多值元胞自动机模型。通过模拟分析及曲线拟合得出了流量随密度的函数关系,且模拟结果和理论分析结果基本上是一致的;同时,模拟分析了流量随时间的变化关系,通过分析自行车运行时空图,详细地阐述了自行车交通堵塞“产生-恶化-疏散-消失”的原因。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 自行车交通流理论研究现状
• 1.3.1 国内自行车交通流理论研究现状
• 1.3.2 国外自行车交通流理论研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 元胞自动机模型及自行车交通特性分析
• 2.1 元胞自动机的发展
• 2.2 元胞自动机的定义、构成、特征及分类
• 2.2.1 元胞自动机的定义
• 2.2.2 元胞自动机的构成
• 2.2.3 元胞自动机的基本特征
• 2.2.4 元胞自动机的分类
• 2.3 元胞自动机模型的建立步骤
• 2.4 多值元胞自动机模型
• 2.4.1 BCA模型
• 2.4.2 EBCA1模型及EBCA2模型
• 2.5 自行车交通特性分析
• 2.5.1 自行车的物理结构
• 2.5.2 自行车交通的基本特点
• 2.5.3 自行车速度特性
• 2.5.4 自行车专用道通行能力分析
• 2.6 本章小结
• 3 自行车流多值元胞自动机模型改进及模拟分析研究
• 3.1 模型选取依据
• 3.2 基于EBCA2的自行车流模型改进研究
• 3.2.1 EBCA2模型的基本假设
• 3.2.2 模型概述
• 3.2.3 改进原因及改进效果分析
• 3.3 模型模拟及程序实现
• 3.4 模型模拟结果分析
• 3.4.1 模型的基本图
• 3.4.2 自行车运动时空图
• 3.4.3 车道数目对自行车通行能力的影响模拟分析
• 3.4.4 随机慢化概率对自行车通行能力的影响模拟分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于多值元胞自动机的混合自行车流模型模拟及分析研究
• 4.1 基于多值元胞自动机的混合自行车流模型概述
• 4.1.1 模型的基本假设
• 4.1.2 模型概述
• 4.2 模型模拟及程序实现
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 确定性条件下的基本图分析
• 4.3.2 随机慢化条件下的基本图分析
• 4.4 本章小结
• 5 研究结论及展望
• 5.1 论文研究的主要结论
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集