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基于自组织临界性的城市路网承载力研究

作　者: 韩晶
导　师: 卫振林
学　校: 北京交通大学
专　业: 系统工程
关键词: 道路网络沙堆模型元胞自动机路网承载力自组织临界性
分类号: U491.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着国民经济的快速发展,机动车保有量的持续增长,交通拥堵问题日臻严重。在道路网络的交通量达到一定程度会涌现出自组织临界性(sO0,此时,微小的扰动可能会导致局部或大面积的拥堵事故,会直接或间接造成严重的经济、社会影响。防止道路网络车流量自组织临界状态的发生,或当系统达到自组织临界状态时,破坏系统的自组织临界状态,可在一定程度上预防大面积拥堵事故的发生。本文利用沙堆模型对道路网络车流量的SOC进行探讨,并结合北京市实际道路网络,从SOC的角度对路网承载力进行定性和定量分析。首先,根据2008年至2012年北京市路网中道路运行状态的数据和分时段交通拥堵指数,确定了道路网络中车流量具有SOC。同时,基于道路网络车流量的SOC,对城市路网承载力进行定义,并给出相应数学表征。其次,结合道路网络属性、驾驶员改变路径的倾向以及SOC的适用条件,建立道路网络沙堆模型,模拟道路网络车流量的演化过程。通过元胞自动机(CA)模型抽象道路网络拓扑结构,JAVA的软件环境编写路网沙堆模型演化过程。利用MATLAB处理后的路网沙堆模型结果建立路网承载力的定量模型。最后,利用模型进行仿真,验证了实际路网的SOC,并求得相应路网的路网承载力。从理论研究角度上来说,通过改变模型控制条件,确定了增大车流量不会改变道路网络车流量的SOC、路网临界拥堵时序及路网承载力的值；而改变单条道路的交通控制因素,即给定最大负荷比,会破坏道路网络的SOC,对防止大面积拥堵事故的发生有一定作用。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
图形目录  12-14
表格目录  14-15
1 绪论  15-19
  1.1 问题的提出  15-16
  1.2 研究的目的及意义  16
  1.3 研究内容及技术路线  16-19
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 论文结构安排及技术路线  17-19
2 国内外研究现状  19-26
  2.1 国外研究现状综述  19-20
  2.2 国内研究现状综述  20-21
  2.3 路网容量已有的研究方法  21-26
    2.3.1 时空消耗法  21-22
    2.3.2 线性规划模型法  22-23
    2.3.3 交通分配模拟法  23
    2.3.4 割集法  23-24
    2.3.5 供应分析法  24
    2.3.6 狭义路网容量模型  24-26
3 基于自组织临界性的路网承载力研究  26-46
  3.1 路网容量的基本理论  26-29
    3.1.1 城市路网的描述与结构分析  26
    3.1.2 路网容量定义  26
    3.1.3 路网容量分类  26-28
    3.1.4 路网容量影响因素分析  28-29
  3.2 自组织临界性和自组织  29-33
    3.2.1 自组织  29-30
    3.2.2 临界性  30
    3.2.3 相关复杂性概念  30-32
    3.2.4 幂次定律  32
    3.2.5 自组织临界性  32-33
  3.3 道路网络车流量的SOC研究  33-43
    3.3.1 道路网络的耗散结构  33-34
    3.3.2 道路网络场量的时空幂律分布  34-43
  3.4 基于自组织临界性理论的路网承载力定义  43-44
    3.4.1 承载力的概念  43
    3.4.2 路网承载力的概念  43-44
  3.5 本章小结  44-46
4 基于沙堆模型的路网系统建模  46-60
  4.1 沙堆模型和元胞自动机  46-53
    4.1.1 元胞自动机的构成  46-48
    4.1.2 沙堆模型  48-53
  4.2 路网沙堆模型建立的目标与步骤  53-54
    4.2.1 路网沙堆模型建立的目标分析  53
    4.2.2 路网沙堆模型建立的步骤  53-54
  4.3 路网沙堆模型建立  54-60
    4.3.1 路网系统的抽象  54
    4.3.2 路网系统的演化  54-58
    4.3.3 路网承载力求解模型  58-60
5 路网沙堆模型的仿真实验  60-73
  5.1 路网选取与抽象  60-61
  5.2 路网沙堆模型JAVA仿真  61-64
    5.2.1 路网沙堆模型参数确定  61-62
    5.2.2 路网沙堆模型仿真图及结果分析  62-64
  5.3 数据分析  64-67
    5.3.1 模型SOC验证  64-67
    5.3.2 路网承载能力分析与计算  67
  5.4 路网沙堆模型影响因素分析  67-72
    5.4.1 大车流量因素影响分析  67-70
    5.4.2 单条道路交通控制因素影响分析  70-72
  5.5 本章小结  72-73
6 结论和展望  73-74
  6.1 主要研究成果  73
  6.2 进一步的研究工作  73-74
参考文献  74-76
附录  76-83
作者简历  83-85
学位论文数据集  85

基于自组织临界性的城市路网承载力研究

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