道路瓶颈诱发的交通拥堵的机理及其特性和控制的研究

论文摘要

随着时代的发展,国民经济水平的提高,汽车的数量迅速增加,致使交通拥堵问题也日趋严重。道路瓶颈是大多数交通拥堵产生的直接原因,交通拥堵带来了诸多社会问题、经济问题与环境问题,为了解决交通拥堵问题,需要对交通拥堵的机理、特性及控制方案进行研究。本文基于交通的微观和宏观模型,研究了交通瓶颈处拥堵产生的机理,并研究了交通拥堵的特性,探讨了解决交通拥堵的控制方法。下面为本文主要研究工作:（1）基于两条道路的格子流体力学模型,提出了道路缩减的格子流体力学模型。对道路缩减交通进行数值模拟,得到道路局域缩减的交通瓶颈所诱发的各种交通拥堵斑图（patterns）:均匀拥挤交通（homogenous congested traffic:HCT）、均匀同步流（homogenous synchronized traffic:HST）、固定的局部拥堵（pinned localized cluster:PLC）、运动的局部拥堵（moving localized cluster:MLC）、时走时停交通（stop-and-go waves:SGW）、振荡拥挤交通（oscillatory congested traffic:OCT）等。从数值模拟中得到产生各种交通拥堵斑图的关键参数,模拟的结果反映了该模型对交通拥堵预测的可行性。（2）通过角速度与角位移对转弯道路的交通流描述,提出了全角速度差模型。由角速度形式的微观模型导出了弯道的宏观流体力学模型;通过对该宏观流体力学模型必要的线性稳定性分析与非线性分析,得出了稳定性条件和KdV-Burgers方程描述的交通密度波解。数值模拟呈现出弯道上的交通拥堵行为,同时模拟表明半径与角速度差敏感系数对交通拥堵有重要影响,在模拟中也发现了局域成簇现象。（3）在优化速度模型的基础上,引入延迟速度差,提出考虑时间延迟速度差的跟驰模型。对该模型分别进行线性稳定性分析和分岔分析,发现交通失稳对应于Hopf分岔,得出了Hopf分岔临界点。（4）基于优化速度模型,提出优化加速度反馈控制方法,构建反馈控制模型,通过反馈控制模型的Laplace变换,得到了控制系统的传递函数,根据控制理论,当传递函数的范数H∞小于1时,系统稳定,从而得出了全局稳定性条件。通过数值模拟,验证了理论结果,结果表明交通拥堵也因反馈控制而得到有效抑制。最后对全文进行总结与展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
•   1.1 交通流的研究意义
•   1.2 交通流理论研究进展
•     1.2.1 交通流理论的两大体系
•     1.2.2 交通流理论的模型
•   1.3 道路瓶颈处诱发的交通拥堵现象
•   1.4 交通瓶颈处交通拥堵形成机理
•   1.5 基于分岔理论的交通拥堵特性研究
•   1.6 交通拥堵及其控制
•   1.7 本文的工作
• 第二章 道路缩减引起的交通拥堵
•   2.1 模型
•   2.2 数值模拟
•   2.3 结论
• 第三章 弯道的交通流宏观模型及数值模拟
•   3.1 模型
•   3.2 线性稳定性分析
•   3.3 非线性分析
•   3.4 数值模拟
•   3.5 结论
• 第四章 考虑延迟速度差跟驰模型的分岔分析
•   4.1 考虑延迟速度差的优化速度跟驰模型
•   4.2 线性稳定性分析
•   4.3 分岔分析及仿真
•   4.4 结论
• 第五章 基于跟驰模型的优化加速度反馈控制方法研究
•   5.1 模型
•   5.2 全局稳定性分析
•   5.3 数值仿真
•   5.4 结论
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 章一才

导师: 薛郁

关键词: 交通瓶颈,交通拥堵,稳定性分析,分岔分析,反馈控制

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 数学,公路与水路运输,自动化技术

单位: 广西大学

基金: 广西自然科学基金(No.2018GXNSFAA138205)

分类号: U491.265;O157.5;TP13

总页数: 97

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