交通流建模与数值计算方法研究

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交通问题已成为制约国家社会发展的桎梏,不仅是当前人们讨论的热点话题,更是社会的焦点问题,通畅、安全、健康的交通环境已成为衡量一个城市文明、和谐的重要标志。从上个世纪30年代以来,全世界的专家学者研究交通问题已80多年了,不同的历史时期交通问题体现出不同的形态,这也就迫使交通工程研究人员时刻关注和研究它的各种新形势、新特征。如今,经济的高速腾飞、社会的快速发展、汽车技术的日益完善,使得近几年机动车保有量成级数增长,随之而来交通问题呈现出嚣张的面孔,堵车已经让大家习以为常、尾气已经让我们无可奈何,而一起又一起触目惊心的交通事故却还是避之不及,交通问题已经严重的影响了我们的正常生活,严重的阻碍了社会的健康发展,我们交通工程研究人员有责任也有义务对新时期的交通问题进行不懈的探索。本文利用计算机数值模拟技术分析和研究交通流问题,在前辈学者研究的基础上建立微观交通流模型,再利用差分法将其离散,建立多车道交通流微观仿真模型,并用C语言在L inux系统环境下开发相应的仿真平台。本文主要研究的是建立城市交通流微观仿真模型,并以此为基础编写仿真程序,取得了一定的成果,主要有:(1)分析和研究国内外主要的交通流理论研究成果和微观交通流模型,从有限元网格划分中得出灵感把道路划分成一个个微小的有限的单元,然后把这些单元分为2种状态,即活动的和非活动的,当该单元上有车辆在其上面的话则该单元处于活动状态,否则就处于非活动状态。有限元法是分析计算所有相邻单元之间的应力应变相互作用,而将其应用到交通流理论上则是仅仅分析计算处于活动状态的下的单元,基于这种思想建立适合有限元网格划分的多车道离散化交通流模型。(2)设计并编写基于有限元网格划分的多车道离散化交通流模型的仿真程序,包括道路模型的建立,道路网格的划分,道路、车辆信息数据的处理,车辆的产生,车辆之间的跟驰行驶,自由行驶,变换车道行驶,经过信号交叉口,以及结果数据的可视化等。(3)进行实地交通调查,将调查的部分数据作为条件输入,相当于边界条件的设定,然后根据该条件进行模拟计算,将计算输出的结果与实际交通流进行比较分析,主要从交通量这个角度来分析验证仿真系统的有效性和稳定性。(4)利用建立的仿真系统分析影响道路拥堵的一些因素,特别是一些不便于进行实验测试的因素,比如说相邻交叉口间的距离对交叉口的拥堵影响情况。研究结果表明:在车辆到达率不变的情况下,相邻交叉口间距离越长,排队长度也会越长;当相邻交叉口间的距离较小时(如250m,500m),那么排队车辆道路占有率就会上升的很快,若是此时其他的一些易导致交通拥堵的因素比如说车辆到达率激增或信号灯设计不合理等会造成相邻交叉口间的路段被车辆全部挤满,更严重的后果这是导致后面的交叉口也丧失枢纽功能,造成道路网络的瘫痪。最后,对交通流问题今后研究发展做出自己的思考,进一步说明今后研究的重点和发展方向。
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