考虑若干交通因素的格子流体力学模型及其数值模拟

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城市道路交通系统将道路上所有交通参与者的交通行为视作研究对象,总体上看是一个极度复杂且一直处于动态变化的非线性系统。站在科学研究这一角度来看,交通流系统受到自身驱动力或者外在作用的影响而偏离平衡态,同时这类伴随着复杂相互作用的多粒子系统的典型演化规律也在偏离平衡态过程中体现得淋漓尽致,而交通流理论正是揭示群体交通单位在系统层面的动力学特征以及统计学特征的绝佳工具。因此,深入开展城市道路交通流理论相关基础研究,不仅在丰富交通流理论方面起到了极其深远的影响,也为探索城市道路中有效的交通拥堵疏散策略和控制策略提供理论依据与方向。以Nagatani最早构建的单车道格子流体力学模型为出发点,考虑现实交通环境中存在的若干个交通流影响因素之后,本文层层递进地建立了四个改进的格子流体力学模型,并对改进模型展开理论分析,最后,应用Matlab对构建的改进模型开展数值模拟试验,探究交通拥堵的形成机理以及所考虑的实际交通因素对于交通流稳定性的影响。本文主要工作如下:(1)构建了一个考虑预测效应与积分形式的流量差效应的单车道格子流体力学模型,并对该改进的模型展开了理论分析与数值模拟,探究得到预测效应及积分形式的流量差效应分别对交通流稳定性的影响效果;(2)构建了一个在弯道情况下考虑超车效应的双车道格子流体力学模型,然后相继在改进模型的基础上展开了线性稳定性分析、非线性稳定性分析、数值模拟等工作,用以探究弯道的角度、换道率及超车效应对交通流系统的影响;(3)构建了一个考虑经验换道率和自稳效应的双车道格子流体力学模型,然后以改进模型为出发点开展理论分析和数值模拟试验,主要分析了经验换道率系数以及自稳效应系数和自稳效应历史时间对交通流稳定性的影响;(4)构建了一个考虑自稳效应的混合交通流双车道格子流体力学模型,随后以理论分析和数值模拟相结合的形式,对混合交通流中不同车型构成比例以及自稳效应对交通流稳定性的影响这一关键问题展开了探讨。
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