城市交通优化中基于对偶算法的元胞自动机

对基于换乘时间的城市交通优化问题进行了数学模型分析,根据模型的对偶原理得到了问题的对偶算法,设计了元胞自动机.在元胞自动机中,以每一个站点作为一个元胞,根据是否获得最佳乘车线路将元胞分为2种状态,将中心元胞的下一个站点作为其邻居,演化规则只作用于未获得最佳乘车线路的元胞,并只需通过对演化时间与元胞的相应权值的比较来确定状态的改变.基于对偶算法元胞自动机具有元胞状态少、邻居关系简单、演化规则简便和计算量少的特点.仿真实验说明了基于对偶算法元胞自动机的有效性和可行性.     

一种基于元胞自动机变换的图像边缘检测方法

提出了一种新的基于元胞自动机变换的图像边缘检测方法.应用二维元胞自动机,首先确定合适的二维变换基函数,然后对图像进行元胞自动机变换,将变换系数进行子带编码,再根据基函数的性质,分离出变换系数中的高频部分,最后经过反变换得到图像的边缘信息.此算法简单实用,仿真实验结果较好.     

基于元胞自动机的可修复网络系统可靠性评估模型

为了实时有效评估可修复网络系统的可靠性,克服枚举法的状态空间爆炸问题和马尔科夫过程分析只针对一种系统结构的缺陷,提出了一种基于元胞自 动机的网络系统可靠性评估模型?该模型从节点的内在失效概率和网络结构角度,建立元胞自动机的邻域和状态转移函数,提出可修复网络系统演化模型;在离散演化周期内,利用元胞自动机的传播特性算法定期检测系统的瞬时可靠性,累积得到可修复网络系统的近似稳态可靠性?该模型结合解析法和模拟法优点,得到与时间相关的可修复系统稳态可靠性?该算法分别与状态枚举法?蒙特卡罗法进行仿真对比,仿真结果表明,该方法可准确描述可修复网络系统的稳态可靠性,该方法也适用于其他大规模可修复系统可靠性评估?     

考虑预期效应和交通灯影响的城市道路交通元胞自动机模型

提出描述交通灯控制下城市道路交通流动力学演化过程的元胞自动机模型,其中交通灯对于路段上车辆的影响是全局的,驾驶员可根据交通灯的状态及时调整驾驶行为,同时还考虑前方车辆的预期运动.该模型中车辆的运动更加平滑,符合实际交通现象.应用模型中的驾驶策略,可以有效地减少怠速和速度骤减的状态,从而减少机动车的尾气排放.     

基于地理空间实体的矢量元胞自动机研究

元胞自动机是能模拟复杂行为的离散动力学模型，GIS与元胞自动机的集成对于模拟地理时空过程具有很大的优势。但是标准CA的一些限制因素如空间尺度、精度及数据量问题、邻居定义等制约了其模拟真实世界的能力。本文通过分析地理现象和元胞自动机之间的关系，从元胞及状态、元胞空间、邻居、转换规则、离散时间五个方面对标准元胞自动机的组成部分进行了扩展，构建了在不规则的地理空间中基于地理实体的元胞自动机模型，同时提出了一个通用的基于地理实体的元胞自动机模型和地理信息系统集成的框架。     

高速公路意外事件所致堵塞的消散策略研究

通过建立交通意外事件影响下的交通流仿真模型,对拥堵传播及有效的干涉控制措施进行仿真.分析了非稳态交通条件下的车辆行为特性;并对现有主流元胞自动机模型规则进行改进,建立起一种新的元胞自动机交通流模型.该模型能够较好地仿真拥堵传播与消散过程,有效地探索拥堵的消散规律;利用该模型对各种控制措施的堵塞消散效率的研究结果表明,限流限速组合控制策略具有较优的堵塞消散效果.     

基于宏观运动波和微观元胞自动机的双车道交通流混合建模

基于运动波理论和线性元胞自动机模型,提出了一种宏观与微观空间表现尺度相结合的双车道交通流混合建模方法.在交通流供需理论框架下,定义了考虑车辆变道行为和元胞自动机空间离散性影响的宏观/微观边界转换条件.该边界条件能够克服在引入车辆变道行为和应用离散化的微观元胞自动机模型时所引起的交通流质量损失问题.应用混合模型模拟双车道堵塞和单车道关闭引起的交通流瓶颈现象.结果表明,交通波在经过模型空间尺度发生变化的边界时能够连续传播,传播速度并未出现降低或者振荡现象,并且交通流质量守恒.混合建模能根据各路段所需表现的空间尺度不同,应用不同空间层次的交通流模型分别模拟,有效提高了大型交通流网络的模拟效能.     

蚁群算法元胞自动机模型应用

提出一种基于元胞自动机理论的蚁群算法模型.将元胞自动机和蚁群算法结合用于解决基于离散数学的移动机器人路径规划问题.试验结果显示,采用基于元胞蚂蚁的算法进行路径规划求取的状态解构型和数值解收敛都能符合应用要求,用蚁群算法元胞自动机模型求解路径规划问题是可行的.     

房间内人群疏散过程的元胞自动机研究

利用偏向随机行走格子气模型中方向选择概率的计算方法,以及元胞自动机模型中的碰撞规则,建立元胞自动机行人流模型,并对房间内的逃生行人流进行了模拟和研究.结果得出了出口宽度与逃生时间的标度关系:tc∝d-0.616±0.02.     

交通元胞自动机类型的研究

详细地介绍了元胞自动机的基本定义及特点，着重论述了三种不同类型的交通元胞自动机及其元胞状态更新的原则，探讨了其应用上的区别，并对不同元胞自动机所采用的随机选择过程与同时更新模型做了比较。     

冰雪条件下高速公路可变限速方法

高速公路在冰雪天气下需要进行封路或限速等措施,导致道路通行能力减小,车辆行驶安全性下降。 针对该问题,在考虑道路线形、冰雪条件道路特性与交通流特性的基础上,提出一种基于冰雪条件的高速公路 可变限速方法。建立了包含道路线形与冰雪条件的速度生成模型,同时引入模糊控制系统对路面雪况进行预 测。通过Vissim 软件对高速公路部分路段进行仿真实验,结果表明,该可变限速方法可根据雪况动态调整限 速值,相比于对照组Ⅰ( 固定限速) 降低了车辆延误,提高了通行效率,相比于对照组Ⅱ( 封路除雪+ 无限速) 提高了道路通行能力。表明相较于传统方法,该方法能更有效地保证冰雪条件下高速公路车辆通行效率与安 全性。     

基于模型预测的快速交通网络路由诱导方法

为了达到均衡城市快速路网交通负荷,提高交通运行效率的目的,提出了模型预测路由诱导控制方法,控制任务描述为一个动态的、离散时间、空间的、带有约束控制变量的最优控制问题.采用宏观、确定型的、离散时间、空间、适合基于模型预测交通控制的宏观动态交通模型来构建网络交通过程模型,通过在未来较长的时段内求解每一个控制周期的最优问题来实现反馈控制.仿真实例研究结果表明,模型预测路由诱导控制方法能够考虑时变的交通状态,取得良好的控制效果,可为先进的交通管理系统构建提供依据.     

高速公路多路段的模糊逻辑协调控制

采用递阶结构和模糊控制来解决高速公路多路段的协调控制问题.建立了宏观交通流有限差分模型,然后结合交通系统的特点提出一种多层控制结构,把高速公路的控制问题分为适应层、协调层和直接控制层,直接控制层采用模糊控制决定各匝道的调节率,协调层为直接控制层确定期望密度,适应层根据实时检测到的交通状况选择模型和调整模型参数.仿真结果表明,模糊逻辑协调控制具有良好的动态和稳态性能,该方法能够有效地消除交通拥挤,维持主线车流稳定.     

基于元胞自动机的绿色驾驶行为特征仿真

绿色驾驶是可以使驾驶人在驾驶过程中节油减排的一系列驾驶措施。为了研究绿色驾驶的行为特征,建立了多车道元胞自动机模型进行仿真,并以北京北三环某路段作为仿真场景对模型进行标定和验证。利用该仿真模型,研究纵向驾驶行为和横向驾驶行为对交通运行、能源消耗以及尾气排放产生的影响。构建了绿色驾驶行为判别标准,并通过预测得到绿色驾驶行为特征。研究发现,缓慢加速、保持车速稳定、将车速保持在合理区间以及保持较大的安全间距是符合中国道路特性的绿色驾驶行为。     

快速路交通流分布参数系统的模糊PI边界控制方法

基于快速路交通流分布参数系统模型,利用模糊逻辑整定PI控制器参数,提出了一种入口匝道模糊自整定PI边界控制方法。该方法可同时利用快速路交通流各个路段在时间和空间上的反馈信息,且其控制器参数可在线调整。仿真研究结果进一步说明了所提出方法的有效性和适用性。     

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

基于动态交通需求估计的高速公路优化控制模型研究

依据动态交通需求估计信息,基于分层递阶的思想,建立了一个高速公路优化控制模型. 模型分为4个主要模块:交通需求预测模块对长时期内总的交通需求进行预测,提前确定将来排队长度的上界;全局最优控制模块预测未来的交通状态,为路网中的各个匝道建立协调约束;交通需求估计模块对真实交通流进行估计;局部反馈控制模块根据对真实交通条件的估计信息及全局最优控制层的寻优结果决定匝道调节率. 仿真结果表明,控制系统具有良好的动态性能,协调了各个匝道之间的利益,实现了高速路网整体性能的优化.     

环城高速公路双方向交通模型与自校正控制

以辽宁省高速公路问题为实际背景,建立了环城高速公路入口匝道处双方向放行交通模型;针对环城公路双方向控制问题,提出了任意维输入及其设定的自校正控制算法,并进行了预案仿真。     

基于自然驾驶数据的高速公路出口换道决策模型

为研究高速公路出口换道行为特性,分析驾驶员换道决策机理,依托上海自然驾驶实验所采集的驾驶行为样本和车辆运行参数,采用Google Earth标定行驶路径及高速公路出口范围以筛选出口样本,并根据车道偏移参数和方向盘转角识别换道行为;以单向4车道高速公路为例,综合考虑行驶路径信息和交通流环境,基于随机效用理论,采用Binary Logit(BL)模型拟合构建换道决策模型,得到车道效用函数;基于效用函数作出高速公路出口范围内在自由流、稳定流和拥挤流水平下的分车道效用分布图,并进行同质性和异质性分析.结果表明,换道决策模型准确率达到86.21%,各变量影响均可得到合理解释;根据效用分析,出匝车辆的换道行为是出匝意愿与通行环境改善需求两方面平衡的结果,兼有强制性换道与自由性换道的行为特性,且随着交通流状态由自由流过渡到拥挤流,后者影响逐渐增强,表现为上游向左换道行为趋于活跃、下游向右换道位置接近出口.     

交通流理论与服务水平

提出了新的交通流连续性假设,引入了车域和定常交通流的概念,重新定义了交通流的动量,调整了交通流与流体流的比拟关系.以此为基础,建立了交通流的欧拉方程和考虑粘性的运动微分方程,得出了广义交通压力的定义.联立解连续性方程和考虑粘性的运动微分方程,得到了交通流参数之间的关系.提出了以量纲一交通压力评价道路服务水平的指标体系.最后,采用广州至深圳及广州至佛山高速公路实测数据对研究结果进行了验证.