基于元胞自动机模型的交通系统微观建模与特性研究

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1、博士学位论文J占'i82J2基于元胞自动机模型的交通系统微观建模与特性研究MicroscopicModelingandPropertiesAnalyzingofTransportationSystembasedonCellularAutomataModel作者：李新刚导师：高自友教授贾斌副教授贝M刚拟仅北京交通大学2009年12月x父之乐I，，l泓鬣t．01j，1◆I学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩

2、印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：接《1l钊签字日期：触7年／2月了口日、导师签矿刁签字日期：1．一●SystembasedonCellularAutomataModel作者姓名：导师姓名：学位类别：学科专业：李新刚高白友贾斌工学交通运输规划与管理学号：06114173职称：教授副教授学位级别：博士研究方向：交通流理论建模北京交通大学2009年12月Lr致谢值此论文完成之际，首先将最诚挚的谢意送给我的导师高自友教授和贾

3、斌副教授。本论文从选题到最后成稿，均是在高老师和贾老师的指导下完成的。高老师将我引入科学研究的神圣殿堂，其渊博的知识、开阔的思路、严谨的治学态度和诲人不倦的精神使我深深体会到了一个学者的风范，让我时时以此自勉。高老师具有敏锐的学术洞察力，一直走在科学研究的前沿，在其指导下能够准确把握学科的发展方向，这使得我们这些学生受益匪浅。高老师勤勤恳恳的工作作风让我尤为钦佩，每天晚上我们在回宿舍的路上，都会向高老师办公室的方向眺望一下，五年来，办公室传出的那片灯光激励着我努力学习。高老师不仅在学业上对我教诲和悉心指导，在为人处事方面，也为我树立了榜

4、样，并在生活上给予了极大帮助。贾老师一丝不苟的工作作风和实事求是的学术态度也一直感染着我，他在科研上给予我具体而又关键的指导，从学术思想的启迪，到具体内容的分析，再到文章反复的修改，都倾注了他极大的心血。在贾老师的指导和帮助下，我的博士论文才得以顺利完成。在五年的学习生活中贾老师也给予了无微不至的关怀和帮助。此外还要特别感谢中国科学技术大学工程科学学院的姜锐副教授，姜老师在交通流建模方面给予了大量的指导，其在交通流领域的学术造诣给我留下了深刻印象。特别感谢赵小梅副教授，赵老师也对论文的研究工作给予了一定的指导，与赵老师在学术上的讨论开拓

5、了我的研究思路。很荣幸能够进入北京交通大学交通运输学院系统科学所攻读博士学位，感谢系统所各位老师对本人学术上的指导和帮助。还应特别感谢五年多来朝夕相处的郑建风、李峰、龙建成，和他们热烈的讨论使得我在收获知识的同时也享受了学术研究的快乐；感谢交通流小组的谢东繁、郭宏伟、田钧方、李晓雪，小组讨论是学术思想的来源；感谢已经毕业的周华亮、陈涛、庄倩、宋玉鲲，祝愿他们工作顺利，学习进步；感谢实验室诸位师兄、师弟、师姐、师妹；感谢他们在学习和生活上的关心和帮助。最后感谢我的父母，他们给予我最强大的后盾和支持；感谢岳父岳母，他们无微不至的照顾使我安心

6、学业；感谢妻子李璐玲女士的真诚理解与全力支持，使我能够潜心研究，JJI顷,N完成学业。李新刚2009年12月于北京交通大学●摘要交通拥堵是大中城市发展过程中不可回避的一个现实问题。其不仅造成人们出行不便，而且还带来了交通事故频繁、空气污染严重等一系列的社会问题。交通问题严重制约着一个城市的健康发展。国内外交通发展的实践经验和教训证明，解决城市交通问题，必须在先进交通理论指导下，进行交通规划、控制和管理，充分有效的利用现有的交通资源，挖掘现有交通设施的潜力。现代交通流理论就是在这种背景下发展起来的。上世纪90年代以来，元胞自动机交通流模型

7、异军突起，以其规则简单、易于扩展以及计算效率高等特性越来越受到交通学者和工程师的青睐。本文主要是针对我国交通流的特点，综合考虑驾驶员行为、交通瓶颈等因素，采用元胞自动机模型对交通流进行建模与模拟，研究交通流的复杂特性，从而为交通实践提供科学的理论依据。本文主要工作如下：1．采用实际观测的车辆轨迹数据，对车辆实际驾驶行为进行分析，从而验证现有元胞自动机模型中演化规则是否与实测驾驶行为一致。结果显示：1)VDR模型、CD模型、KKW模型等采用的慢启动规则与实测驾驶行为一致；2)MCD模型中采用的慢启动行为的假设与实测驾驶行为不一致；3)实际

8、交通中确实存在速度调整行为，KKW模型中对驾驶行为的假设是正确的。2．提出了考虑车辆谨慎驾驶行为的单车道元胞自动机交通流模型和考虑激进换道行为的双车道元胞自动机交通流模型。·在NaSch模型中引入提前减速的