城市交通系统动力学特性研究——带信号灯控制的一维元胞自动机模型研究

元胞自动机的交通流模型以简单的规则反映交通过程中实际存在的各种复杂因素,并能在计算机上方便实现,从而可以演示这些因素对城市交通系统动态特性的影响。本文系统阐述了元胞自动机在交通流上的应用,以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟的NS模型,并利用Matlab语言实现了带信号灯控制的一维元胞自动机模型的仿真。     

元胞自动机模型及其在城市道路交通流中的应用进展

元胞自动机方法和相关建模技术是描述、认识和模拟复杂系统行为的强有力方法。如今,已被广泛用于交通系统的研究。交通流理论研究的目标是建立能描述实际交通一般特性的交通流模型,寻找交通流的基本规律,以揭示交通拥堵产生的机理。为了模拟更为符合实际的交通状况,各种交通流模型被提出。本文介绍经典的元胞自动机交通流模型及其在城市交通流中最新应用进展。     

三车道有管理元胞自动机交通流模型的研究

在三车道元胞自动机交通流模型的基础上,将第1车道规定为超车道,对超车道上车辆换道进行管理,提出了一种三车道有管理元胞自动机交通流模型.并分析了车辆减速概率、换道概率对交通流的影响,结果表明,对超车道上车辆进行管理,并没有改变系统的交通流特性,而是增加车辆驾驶的安全性.     

有应急车辆的双车道交通流元胞自动机模型

为明确应急车辆对交通流的影响,引入应急车辆影响区域和普通车辆让行概率,修改换道规则,建立了双车道元胞自动机模型.通过计算机数值模拟,生成不同密度下的时空图以及不同参数取值下的密度-流量、密度-速度基本图.研究表明:应急车辆影响区域的设置提高了0.08～0.18密度范围内的车流量和速度,同时提高了所有密度条件下的应急车辆速度;在密度大于0.08时,让行概率对换道次数产生明显影响.应急车辆促使较低密度的交通流更为均衡,对较高密度的交通流干扰有限.     

考虑前车效应的一维元胞自动机混合交通流模型研究

针对以往一维元胞自动机交通流模型中急刹车的问题,考虑了混合交通流中两个连续车辆之间的速度差以及加速行为差异,基于慢启动规则提出了一个新的元胞自动机交通流模型,减速幅度大小及慢化概率与速度差相关.通过计算机数值模拟,从基本图中分析发现大型车辆占比对于系统的道路占有率临界值与最大平均流量影响显著,并且新模型提高了中高密度区域的流量;得出的时空图及速度统计表明新模型可以抑制阻塞的形成,延缓了完全静止阻塞现象的发生,使得小集团阻塞稳定存在于系统中并提高了交通系统的稳定性.     

行车规则对十字路口交通流的影响

建立了由两个单车道构成的单个十字路口交通流模型,其中一条东向车道的车子最大速度为2,另一条北向车道的车子最大速度为1.在周期边界条件下,系统中的两条车道按无信号灯管制下并行更新,用元胞自动机确定性FI模型进行了模拟.模拟的结果表明:东向车道上车子的流量分布分为三种情况;和文献\[8\]相比,流量分布更为复杂;可见,模型中不同的行车规则对十字路口交通流有着重要影响.     

随机减速概率对车间距的统计分布影响

用单车道元胞自动机交通流模型研究了随机减速概率对车间距的统计分布情况。计算机模拟结果表明：当车子密度处于高密度时,随机减速概率对车间距分布几乎没有影响;当车子密度处等于临界密度时和低密度区域内,随机减速概率对车间距统计分布有很重要的影响。     

元胞自动机交通流混合模型的研究

在一维元胞自动机交通流NS模型、FI模型和VDR模型的基础上,考虑不同车辆的驾驶员具有其个性的驾驶方式和习惯,具体表现在不同的驾驶员采用适合于自己行车规则的交通流模型在道路上驾车行驶,从而分别对道路上不同车辆的驾驶员按NS模型和FI模型、NS模型和VDR模型、FI模型和VDR模型的混合驾驶进行了研究和讨论。结果表明,FI-VDR的混合模型更能反映道路畅通、车流增大及描述交通流的复杂非线性现象。     

耦合元胞自动机模型及其在Mathematica中的实现

提出了一种耦合元胞自动机模型,并就具有置换作用的元胞自动机对进行了模拟研究,并提供了其在Mathematica4．0中的程序实现,实际结果显示,耦合元胞自动机模型具有丰富的内涵。     

交通流元胞自动机模型中慢化行为

根据司机加速和减速过程的不同特性,提出了一个改进的交通流元胞自动机模型。数值实验表明,该模型可以满意地刻画司机学习效应对行车过程的实时影响,说明引入强化学习机制可以更好地再现多种复杂交通现象。     

寒冷地区设超高公路圆曲线半径设计仿真研究

在寒冷地区,冬季漫长,气温较低且降雪量大,路面不能给行车提供足够的摩擦条件,使在曲线路段上的行车速度和行车安全难以保证。文中结合寒冷地区冬季路面附着系数降低这个现象,分析汽车在水平路面转弯外侧制动时的受力情况,建立设超高圆曲线汽车制动模型,然后通过实测数据确定车辆结构、车速、附着系数、视距、制动时间等参数,采用仿真的方法得出圆曲线设计指标的理论安全值,最后结合驾驶舒适性给出了设置超高圆曲线半径设计建议值,为寒冷地区道路平面线形设计提供一定的参考依据。     

恒热流工况下螺旋管内层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,数值模拟雷诺数为200～1000,无量纲螺距为0．1～0．2,曲率为0．1～0．3的螺旋管内不同截面上的温度场分布和速度场分布以及雷诺数、曲率和无量纲螺距对轴向不同截面上平均努谢尔特数、平均摩擦系数以及总熵产的影响规律。结果表明,随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,而温度分布出现两个Dean涡胞;轴向截面平均努谢尔特数和摩擦系数以及总熵产随雷诺数、曲率和螺距的变化呈现不同的规律;与曲率相比,螺距对热力性能的影响程度相对较小;且流动引起的熵产和传热引起的熵产相比可忽略不计。     

黑龙江省道路运输车辆能源消耗水平模糊评价

针对黑龙江省道路运输车辆能源消耗量日益增长,能源危机日益严重,道路运输成本上升的现实情况,通过对全省多家客货运输企业558辆营运车辆燃油消耗量抽样调查,对复杂的道路运输车辆能源消耗影响因素进行筛选,建立黑龙江省道路运输车辆能源消耗评价指标体系,使用AHP法及模糊评价法对其进行定量评价。     

路面运营安全性评价模型

系统分析了车辆与路面运营安全性的互动关系,得出路面抗滑性能是评价路面运营安全性的关键因素,构建了车辆与路面抗滑性能互动关系的量化评价指标:允许的纵向摩擦系数f_(TA)、允许的横向摩擦系数f_(SA)、期望的纵向摩擦系数f_(TR)和期望的横向摩擦系数(?)_(SR)、纵向和横向路面安全状态临界值Δf_S、Δf_T,并建立了一套安全性评价模型.通过对某国道二级公路路段的案例分析,对建立的模型与交通事故形态进一步校核,验证了建立模型的可行性.同时得出研究路段的安全临界值Δf=13.2,初步说明我国公路养护规范中对贯入式沥青路面摩擦系数的最小允许值偏低是导致车辆滑溜事故的一个重要原因.     

重载车辆转向安全性研究

为有效分析重载车辆的转向安全性,利用拉格朗日方法建立了整车转向模型和侧向平衡方程,定义侧翻余量和侧滑余量,并对侧翻和侧滑的顺序进行判定。在此基础上分析了路面横向附着系数等因素与车辆转向时侧向平衡性的关系,并进一步揭示了重载车辆侧倾和横摆惯性积对稳定性的影响。最后对某型实际重载车辆的转向特性进行了仿真验证,发现路面横向附着系数主要影响侧滑,车身质心高度和轮距宽度的比值主要影响侧翻,惯性积会影响系统的稳定性。     

考虑轮胎侧弯变形迟滞特性的S形平曲线设计控制

以"路线-驾驶者-车辆"仿真系统为手段,获得了S形曲线上的车辆动力学响应以及轮胎侧弯变形过程,指出了轮胎侧弯变形的迟滞性才是S形曲线拐点附近车辆侧滑失控的直接诱因,找出了迟滞特性与道路几何线形以及运行车速之间在数量上的联系.从设计控制的角度,给出了控制轮胎侧弯变形释放过程的手段,比如增大圆曲线的半径,延长回旋线长度,在两个反向回旋线之间插入0.8~1.2倍车速长度的短直线,以及强制降低回旋线上的行车速度等,这些都是控制S形曲线拐点位置车辆侧滑事故最有效的对策.     

基于房间空调器使用率与设置温度监控数据的能耗预测模型

住宅建筑中空调能耗极大程度上受到人员行为的影响，对空调能耗进行预测的关键在于准确预测人如何调节空调。虽然ASHRAE以及其他一些导则建议了人员在室时刻表用于建筑能耗评估，但人员使用空调的行为存在地区差异并随时间变化。基于实时监测获得的2016-06-01-2016-08-31的大量数据，统计分析夏季卧室与客厅房间空调器能耗的人员行为因素，主要包括房间空调器的设定温度、空调使用率等。基于统计分析，探究了空调使用率与室外日平均温度的关系，结果表明，两者呈"L型曲线"关系，说明该人群对空调依赖较高，当室外温度处于较低水平时，仍有部分居民使用空调。基于空调使用率建立优化的能耗模拟模型，基于设置温度、室外日平均温度、运行时长等建立能耗预测模型。验证结果表明，基于使用率模式为"L型曲线"的能耗模拟模型以及结合设置温度等的能耗预测模型比传统空调使用模式的模拟结果更接近实测值。     

基于长期沉降运营地铁隧道健康诊断

目的研究上海轨道交通二号线某区间地铁隧道运营期间的健康状况并进行诊断,得出实际运营地铁隧道不同时间不同区段的曲率半径分布规律．方法以盾构隧道的长期沉降为基础,从地铁隧道长期沉降出发,采用非均匀有理B样条法对隧道纵向沉降变形曲线进行拟合,并计算出相应曲率半径;然后通过修正的等效连续化模型,计算出5种临界状态下的隧道曲率半径及其他变形受力指标值．结果上海市地铁该区间隧道绝大部分测点处于《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》的地铁安全运营的要求范围内,即曲率半径不小于15000m;几乎所有测点均满足盾构管片抵抗0．5MPa水压的环缝张开量要求,即曲率半径大于2550m;随着地铁运营时间的增长,隧道曲率半径分布集中的现象有所削弱,说明隧道不均匀沉降状况逐渐加剧;地铁区间中位于车站和中间旁通道之间的区域,曲率半径分布集中,隧道不均匀沉降现象不太明显;靠近车站和中间旁通道附近区域,曲率半径分布相对分散,隧道不均匀沉降现象较为严重．结论系统地对弹性和塑性状态下的隧道纵向等效连续化模型进行了修正,完成了从具体指标上定量地对地铁运营隧道的健康状况进行诊断,对于城市地铁隧道运营监控具有指导意义．     

振动对纯碳、浸金属碳滑板载流磨损性能的影响

采用高速环-块式载流摩擦试验机,研究了纯碳和浸金属碳两种滑板材料在高速载流条件下的摩擦磨损行为。利用相关系数理论,对滑板振动加速度和电弧能量的相关性进行定量分析,发现滑板振动加速度和电弧能量之间存在着明显的相关性。试验结果表明：摩擦系数随着振动加速度的增加逐渐减小,两种滑板材料的磨损率随着振动加速度的增加均逐渐增大,且浸金属碳滑板的耐磨性比纯碳滑板好。随着振动的增大,电弧对两种滑板材料的侵蚀程度均明显加剧,浸金属碳滑板电弧侵蚀形式以层片状剥离为主;纯碳滑板以烧蚀坑和热应力裂纹为主。载流条件下,纯碳滑板导电性优于浸金属碳滑板。     

基于LEAP模型的京津冀地区道路交通节能减排情景预测

为了解决道路交通带来的能源消耗、温室气体及大气污染物排放问题,采用情景分析法,以京津冀地区为例,应用长期能源替代规划系统(LEAP)模型构建了京津冀地区道路交通部门的能源与环境排放模型,对不同情景下2015—2030年的能源消耗、CO_2及污染物的排放情况进行了预测分析.结果表明:京津冀地区各政策情景中,提高燃油经济性情景的节能效果明显,节能率为22.4%.高排放车的淘汰短期节能效果最佳,节能率为19.1%,但长期效果不明显.北京市新能源汽车推广情景的CO_2、NOx长期减排效果最佳,天津市、河北省提高燃料经济性情景的CO_2、CO、NOx、PM2.5减排效果最好.相对于基准情景,2030年综合情景下京津冀地区的节能率为37.1%,CO_2减排率可达到36.8%,其中对污染物CO、HC的减排效果最佳,减排率为45.7%、43.8%.