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基于元胞自动机模型的交通事故研究

作　者: 刘学兵
导　师: 孙凤久
学　校: 东北大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 元胞自动机模型交通流交通仿真汽车事故
分类号: U491.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着城市社会经济的发展,交通流量的增长与现有道路状况之间的矛盾日益突出,已成为制约城市经济发展的主要因素之一。因此,近年来交通问题受到了国内外专家的重视,提出了各种各样的交通模型用以研究交通问题。其中元胞自动机模型可以灵活地加以修改以考虑各种真实的交通条件并且可以有效的进行计算机实时仿真,它为交通流理论中的系统整体行为与复杂的非线性动力学现象的研究提供了一个有效的模型工具,因此受到了广泛的关注。本论文的主要工作由三部分组成：(1)解析研究了NS (Nagel-Schreckenberg)交通流模型,提出了一组密度转化方程,获得了平均速度和车流量与车辆密度在不同随机减速概率下的关系,并根据交通事故发生的条件获得了交通事故率的精确的平均场方程。并在此基础上研究了确定性NS模型中交通事故的各种稳定状态,给出了在各种稳定状态下的时空图,得到了交通事故与初始状态之间的关系。(2)在VDR (Velocity Dependent Randomization)交通流模型的基础上,提出更符合实际情况的混合交通流模型用以研究不同最大速度车辆混行系统的交通流特性。分析了慢车比例、减速概率以及最大速度限制等因素对交通事故的影响,通过解析分析得到了和计算机数值模拟相一致的结果。(3)根据一般情况下道路中“缺陷”的存在,提出了一种改进的交通流元胞自动机模型并研究道路上特殊路段对交通流的影响。计算机模拟结果显示,特殊路段导致整条道路出现明显的相分离现象,在交通流与密度的基本图中存在饱和交通流量,各个路段上的交通事故率也呈现不同的特性。通过分析得到临界密度、交通流量以及事故率的一些解析结果。这些结果不仅能为高速公路上交通管理提供有益的借鉴,而且具有一定的物理意义。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章引言  10-18
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 交通流理论概述  11-13
    1.2.1 交通流理论的研究进展  11-12
    1.2.2 交通流模型简介  12-13
  1.3 交通流基本性质  13-18
    1.3.1 交通流基本概念  13-15
    1.3.2 交通相和交通流临界相变行为  15-18
第2章交通流元胞自动机模型  18-26
  2.1 元胞自动机模型  18-20
  2.2 交通流元胞自动机模型  20-26
第3章 NS模型平均场解析及事故率稳定状态  26-36
  3.1 交通事故条件  26-27
  3.2 平均场理论  27-30
  3.3 事故率的稳定状态  30-36
第4章混合交通流VDR模型中的交通事故  36-48
  4.1 交通流亚稳态  36-37
  4.2 模型  37-38
  4.3 模拟结果及分析  38-48
    4.3.1 当p=0时  38-44
    4.3.2 当p>0时  44-48
第5章特殊路段对交通流的影响  48-64
  5.1 模型  48-49
  5.2 特殊路段的减速概率对交通流的影响  49-58
    5.2.1 交通流基本性质  49-55
    5.2.2 交通事故率  55-58
  5.3 特殊路段长度对交通流的影响  58-64
    5.3.1 交通流基本性质  58-61
    5.3.2 交通事故率  61-64
第6章结论与展望  64-66
附录各路段上事故率的解析式  66-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
个人简历  76

基于元胞自动机模型的交通事故研究

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