基于元胞自动机模型道路交通流数值模拟.pptVIP

基于元胞自动机模型的道路交通流数值模拟 交通流基本理论 将道路上行驶的车辆看做流体，运用流体力学理论来分析交通的奠基之作是 MJ Lighthill, GB Whitham. On Kinematic Waves. II. A theory of traffic flow on long crowded roads. Proc. of the Roy Soc. of London. 1955 该文章对于交通流的基本概念及关系进行了定义 最早的一维单车道CA模型—NS模型 NS-模型简介 一维道路被划分为离散的格点(即元胞)，元胞或空或被车占，车速可取为0,1,2,…,Vmax，模型从t-t+1按照如下的四步规则进行转变： 加速：vn-min{vn+1, vmax}; 减速： vn-min{vn, dn}; 随机慢化，以概率p， vn-max{vn-1, 0}; 运动， xn-xn+vn;车辆按照调整后的速度行驶 下面就是我所实现的NS模型 NS模型特点 优点：能够成功再现实际车流中的自发堵塞现象和拥挤交通下时走时停波 缺点：无法再现亚稳态和回滞现象，无法再现同步流 针对亚稳态和回滞的改进 TT模型. M.Takayasu,H.Takayasu. Fractals 1,860-866(1993) BJH模型.Benjamin, Johnson, Hui. J.Phys.A 29, 319-3127(1996) VDR模型.Barlovic,Santen,Schreckenburg. Eur.Phys.J.B 5,793-800(1998) 李小白模型.Li, Wu,Jiang. Phys.Rev.E 64,066128(2001) 等等。这些模型通过改进规则 实现了亚稳态和回滞现象。 针对同步流的改进 首先对同步流进行简要介绍。 同步流是德国B.S.Kerner教授提出的三相流理论中的一个流态。 三相流理论 Kerner教授的三相流理论核心思想： 将交通流状态划分为三类：自由流(free flow)；同步流(synchronized flow)和宽运动堵塞(wide moving jam) 三相流理论的成功之处 由于三相流理论是Kerner教授在对德国高速公路上大量的实测交通数据分析的基础上建立的。 三相流理论的影响 因为三相流理论的实验基础更为坚固，因此获得了很大的成功。 不仅其文章在学术界受到了极多的引用，并且就连1997年的《纽约时报》也对其进行了报导 基于三相流理论框架的元胞自动机模型 由于三相流理论的巨大成功，因此随之诞生了很多基于三相流理论框架的元胞自动机模型 这中间最有影响力的有： KKW模型. Kerner,Klenov, Wolf. J.Phys.A 35, 9971-10012(2002) Lee模型. Lee, R.Barlovic,Schreckenberg, Kim, Phys.Rev.Lett. 92(2004) 238702 姜锐的MCD模型. R.Jiang,Q.S.Wu, J.Phys.A, 36 (2003) 8197-8213 高坤模型. Gao, Jiang ,Hu, Wang, Wu. Phys. Rev. E. 76, 026195 (2007) KKW模型 模型规则分为确定性和随机性两部分： 我当前的研究工作 同步流概念和机理上的争议 一方面，德国Helbing*教授对同步流的概念提出了严重的质疑，2009年，他在Kerner实测的德国A5高速公路（相同路段）上重新进行了数据采集，收集到了与三相流交通理论不相容的一些证据，并且据此提出同步流概念本身可能是在错误的数据分析之下而提出错误概念。 *M.Treiber, D.Helbing. Criticism of three-phase traffic theory, Trans.Res.B 43(2009)784-797 产生机理上的不同看法 Treiber等人认为是由于不同车辆（小车和卡车）的混合效应造成的； Banks认为源于不同的时间车头间距的混合效应； Knospe等人认为是由于前车的刹车灯引起的刹车期望效应造成的； Krauss认为是由于司机在跟驰过程中受挫导致沮丧和随意操作造成的； Tomer 等人则认为同步流在流量密度平面上呈现一种弥散的二维分布是由于其本身就存在有多个稳定状态。 而直到目前，也没有形成一种能为广泛接受的解释。 我的目标是建立一个自适应车间距的元胞自动机模型，，数值模拟多种不同复杂情况下车辆运行的同步流状态，研究不同流态之间的相变关系和交通瓶颈处的拥挤堵塞模式。对模拟结果中的时空图和流量密度数据进行详细分析，并与其他现有的模拟结果，以及实际观测结果相比较，从而揭