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信号控制路口人行横道的行人流仿真分析

作　者: 李静静
导　师: 任有
学　校: 吉林大学
专　业: 交通环境与安全技术
关键词: 交通安全元胞自动机蚂蚁算法行人流 MATLAB仿真
分类号: U491.226
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国社会和经济的快速发展，汽车保有量急剧增加。汽车在给人们带来便利的同时，也带来了越来越多的交通事故。在我国的道路交通事故中，行人伤亡率占据很大的比例。行人是交通事故中最弱势群体，而人行横道是行人与车辆产生干扰的主要路段区域。因此，通过研究人行横道处行人流仿真来改善交通设施，如：人行横道的设置、交通信号灯的红绿灯时间比等，对提高行人的交通安全对有着重要意义。本文主要以元胞自动机模型和蚂蚁算法理论为基础，建立了信号控制路口人行横道的行人流仿真模型。通过观察行人的行走特征，将蚂蚁算法中的信息素模型与元胞自动机相结合，用信息素的特点来体现行人之间的跟走特征。本文研究的具体内容如下：第一章主要说明了论文的研究背景和研究的目的意义，并对国内外对行人流的研究现状进行了分析和总结，同时确定了本论文的研究内容以及论文主要的技术路线。第二章从模型的根本出发，介绍了元胞自动机的定义、组成、特征和应用；同时解释了蚂蚁算法的基本思想、数学表达式、步骤描述和蚂蚁的行为特征及运动规则，并且说明了元胞蚂蚁算法的基本工作流程。为后面三章仿真模型的建立提供基本的理论依据。第三章建立了信号控制路口人行横道的单向行人流仿真模型。单向行人流是交通流的存在形式之一，通过设置符合实际的元胞边界条件、建立合理的二维元胞邻居模型和选择适当的信息素更新模型，来制定体现单向行人流行走特征的元胞更新规则，从而确定模型的建立。通过仿真结果分析信息素的相关参数对模型的影响，将仿真结果与实际的行人流进行对比，检验模型的正确性。第四章建立了信号控制路口人行横道的双向行人流仿真模型。双向行人流是信号控制路口交通流存在的主要形式，行人行走状态比较复杂，行人之间的相互影响也比较大，存在对向行人之间换位这种复杂的情况。模型充分考虑行人的行走状态，建立了体现这些特征的元胞更新规则。通过仿真结果分析信息素对行人的影响，同时分析了一定行人流量下不同方向行人密度、不同行人流量与行人步行速度的关系以及不同行人流量与行人过街通过率的关系。将仿真结果与行人实际行走情况进行对比。第五章分析了机动车对行人的干扰，建立了机动车占据斑马线位置时的双向行人流仿真模型。通过观察仿真结果分析行人在存在车辆干扰时的行走特点，并且研究了车辆干扰对行人步行速度和行人的过街通过率的影响程度。同时将上述仿真结果同第四章无干扰的双向行人流仿真结果进行对比，总结车辆干扰对行人流的影响程度。第六章对全文研究内容和得出的结论进行了总结，同时对模型的适应情况进行分析，最后提出了一些有待进一步解决的问题。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究的背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国内外研究现状综述  12
    1.2.2 国外研究现状  12-14
    1.2.3 国内研究现状  14-15
  1.3 论文的主要研究内容  15
  1.4 论文的主要技术路  15-17
第2章元胞自动机和蚂蚁算法理论  17-27
  2.1 元胞自动机理论  17-22
    2.1.1 元胞自动机的定义  17
    2.1.2 元胞自动机的组成  17-20
    2.1.3 元胞自动机的特征  20-21
    2.1.4 元胞自动机的应用  21-22
  2.2 蚂蚁算法  22-25
    2.2.1 蚂蚁算法的基本思想  22-23
    2.2.2 蚂蚁算法的基本数学表达式  23
    2.2.3 蚂蚁算法的步骤描述  23-24
    2.2.4 蚂蚁的行为特征及运动规则  24-25
  2.3 元胞蚂蚁算法  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章信号控制路口人行横道的单向行人流仿真  27-43
  3.1 单向行人流的行走特性分析  27-28
  3.2 模型描述  28-31
    3.2.1 仿真参数说明  28-30
    3.2.2 本文仿真应用的元胞自动机模型  30
    3.2.3 仿真使用的信息素模型  30-31
  3.3 模型的元胞更新规则  31-39
    3.3.1 元胞的边界条件设置  31
    3.3.2 元胞的更新规则  31-38
    3.3.3 模型程序流程说明  38-39
  3.4 仿真结果分析  39-42
    3.4.1 仿真环境简单介绍  39-40
    3.4.2 模型中信息素相关参数分析  40-41
    3.4.3 仿真结果对比分析  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章信号灯控制路口人行横道的双向行人流仿真  43-61
  4.1 双向行人流行走特征分析  43
  4.2 模型建立与演化规则  43-54
    4.2.1 双向行人流模型的元胞更新规则  44-53
    4.2.2 模型的信息素更新规则  53
    4.2.3 双向行人流模型的程序步骤描述  53-54
  4.3 模型仿真结果与分析  54-59
    4.3.1 不同信息素挥发强度下的仿真结果  54-56
    4.3.2 行人的行走速度分析  56-59
    4.3.3 仿真结果分析与验证  59
  4.4 本章小结  59-61
第5章有机动车干扰时的双向行人流仿真  61-69
  5.1 行人-机动车干扰分析  61-62
  5.2 模型说明  62-64
    5.2.1 模型仿真空间及元胞的更新规则  62-64
    5.2.2 信息素更新模型说明  64
    5.2.3 模型程序步骤描述  64
  5.3 仿真结果及分析  64-68
    5.3.1 车辆干扰时的双向行人流仿真过程分析  64-66
    5.3.2 车辆干扰对不同行人流量的行人步行速度的影响  66-67
    5.3.3 车辆干扰对行人过街通过率的影响  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第6章研究总结与展望  69-71
  6.1 主要研究结论  69-70
  6.2 论文展望  70-71
参考文献  71-75
作者简介  75-77
致谢  77

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