Многофакторное моделирование автотранспортных потоков на основе клеточных автоматов

• Автор: Долгушин, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 214 с. : ил.

Содержание
Введение .

Глава 1. Состояние вопроса исследования.

1.1 Подходы к моделированию автотранспортных потоков.

1.1.1 Макромодели

1.1.1.1 Закон сохранения потока.

1.1.1.2 Фундаментальная диаграмма транспортного

потока.

1.1.1.3 Модель ЛайтхиллаУизема.

1.1.2 Мезомодели.

1.1.2.1 Модель распределения временных интервалов

1.1.2.2 Кластерная модель.
1.1.2.3 Газокинетическая модель ПригожинаГермала
1.1.3 Микромодели
1.1.3.1 Модели следования за лидером
1.2 Клеточные автоматы в моделировании дорожного движения .
1.2.1 Основы теории клеточных автоматов
1.2.2 Переменные и обозначения.
1.2.3 Однополосные модели
1.2.3.1 Правило 4.
1.2.3.2 Модель НагеляШрекенберга.
1.2.3.3 Модель медленного старта
1.2.4 Многоклеточные модели
1.2.4.1 Модель ХелбингаШрекснберга.
1.2.4.2 Модель стопсигнала.
1.2.4.3 Модель КернераКлноваВольфа.
1.2.5 Многополосные модели.
1.2.5.1 Однонаправленные модели.
1.2.5.2 Двунаправленные модели .
1.3 Выводы.
Глава 2. Разработка математической модели дорожного движения
2.1 Однонаправленная многополосная модель
2.1.1 Перестроения
2.1.1.1 Определение необходимости смены полосы движения
2.1.1.2 Определение возможности смены полосы движения
2.1.2 Передвижение
2.2 Пространственновременные и фундаментальные диаграммы
модели.
2.3 Модель уличнодорожной сети.
2.3.1 Перекрстки.
2.3.2 Узлы
2.3.3 Светофоры.
2.3.4 Нерегулируемые пешеходные переходы
2.4 Программная реализация модели
2.4.1 Хранение и загрузка информации об уличнодорожной
2.4.2 Визуализация модели дорожной сети.
2.5 Выводы.
Глава 3. Оценка адекватности модели. Применение модели к
решению практических задач
3.1 Сбор опытных данных .
3.1.1 Обработка данных.
3.1.2 Метод определения скорости транспортных средств . .
3.1.2.1 Оценка наджности
3.1.2.2 Пример использования.
3.1.2.3 Условия применения.
3.2 Определение параметров и калибровка модели.
3.3 Анализ адекватности модели.
3.3.1 Условия проведения экспериментов.
3.3.2 Выбор статистического метода.
3.3.3 Моделирование движения по маршруту.
3.3.3.1 Случай высокой интенсивности движения . .
3.3.3.2 Случай низкой интенсивности движения . . .
3.3.3.3 Средняя скорость потока машин .
3.4 Оценка возможности оптимизации уличнодорожной сети . . .
3.4.1 Минимизация помех движению по маршруту.
3.4.2 Замена полотна трамвайного переезда
3.4.3 Замена нерегулируемого перехода регулируемым
3.5 Применение модели к оценке выбросов загрязняющих веществ
3.5.1 Методика оценки
3.5.2 Расчт выбросов движущегося автотранспорта.
3.6 Выводы
Заключение.
Литература


Третья разновидность диаграммы показывает соотношение потока и скорости [поток-скорость, QV-диаграмма) (рисунок 1. На рисунке 1. Рис. Фундаментальная диаграмма транспортного потока. Существует связь между плотностью потока и скоростью транспортных средств — чем больше автомашин на дороге, нем ниже будет их скорость. Чтобы избежать образования затора на данном участке дороги, необходимо сохранять равновесие притока и оттока машин на нём. Иными словами, количество машин, въезжающих на участок, должно равняться количеству машин, покидающих его. При критическом значении плотности и соответствующем ему значении скорости поток переходит от стабильного состояния к нестабильному. Возмущения, вызванные отдельными автомобилями в нестабильном потоке, приводят к транспортному коллапсу2. Наиболее популярными в научной литературе являются первые два вида фундаментальной диаграммы. Транспортный коллапс — ситуация, мри которой каждое дополнительное нарушение движения транспорта приводит к ситуации, близкой к полной остановке движения. Первой наиболее простой и в то же время полезной является модель, предложенная в середине XX века в работах Лайтхилла, Уизема и Ричардса (Lighthill, Witham and Richards, LWR-модель). Лайтхиллом и Уиземом было предложено нелинейное дифференциальное уравнение в частных производных (1. Недостатком модели является отсутствие единственного решения. Обобщённое решение уравнения также не даёт единственного решения |]. Поток в модели рассматривается как однородный, т. Это является одной из причин низкой точности, с которой модель описывает поток со множеством обгонных манёвров. Уравнения модели неадекватно описывают распространение ударных волн3. Кроме того, модель неспособна описать поток, движущийся в режиме старт-стоп 4 []. Под “ударной волной” понимается распространение протип направления движения пустых областей, образуемых перемещающимися вперёд автомобилями в плотном потоке. Старт-стоп движение (англ. Под временным интервалом (англ. Предполагается, что данные интервалы являются независимыми и одинаково распределёнными случайными величинами. Модель является мезоскопической, поскольку описывает распределение временных интервалов между индивидуальными автомобилями, при этом явно не рассматривая отдельно взятые машины. Модели данного типа получили критические отзывы в связи с пренебрежением динамикой транспортного потока и отсутствием разделения автомобилей на типы (т. Этот недостаток учтён в работе |], в которой принимается во внимание разнородность потока автомобилей. С помощью этой модели исследовано движение как на сельских дорогах, так и на двухполосных городских магистралях Нидерландов ||. Центральным объектом в моделях этого типа является кластеру представляющий собой совокупность автомобилей, движущихся с приблизительно одинаковой скоростью па небольшом расстоянии друг от друга. В роли основных свойстз кластеров выступают их размер (количество автомобилей) и скорость. В общем случае, размер кластера может меняться с течением времени как в сторону увеличения, так и уменьшения. Образование кластеров обычно обусловлено ограниченной возможностью обгона, которая связана с погодными условиями, установленными правилами движения или иными сдерживающими факторами []. Газокинетические модели используют динамику редуцированной плотности фазового пространства р(х, г/, I) (РПФП), которая интерпретируется следующим образом: в момент времени ? Дж], движущихся со скоростью [у, у 4- Дг/], равна р(х, у, 1)(1хс1у. Концепция РПФП заимствована из статистической физики и может рассматриваться как мезоскопическое обобщение плотности к(х, ? Конвекция — изменение функции РПФП при входе или выходе машин из сегмента [ж, х 4- Ах]. Ускорение до желаемой скорости — автомобили, не достигшие желаемой (максимальной) скорости, увеличивают скорость. Замедление при взаимодействии с другими машинами транспортное средство, движущееся быстрее впереди идущего, замедляется, если нет возможности совершить обгон. В общем виде модель Пригожена-Германа имеет вид (1. Удхр = (дф)асс + (дф)ти (1.