基于元胞自动机的交通系统建模与模拟

前言

上篇：元胞自动机的基础知识

第一章绪论

§1.1元胞自动机简要发展历程

§1.2元胞自动机的应用概述

第二章元胞自动机的定义、构成和特征

§2.1元胞自动机的定义

§2.1.1自动机

§2.1.2元胞自动机的定义

§2.2元胞自动机的构成

§2.2.1元胞

§2.2.2元胞空间

§2.2.3邻居

§2.2.4演化规则

§2.3元胞自动机的特征

第三章经典的元胞自动机模型

§3.1Conway和他的“生命游戏”

§3.1.1“生命游戏”的构成及演化规则

§3.1.2“生命游戏”中一些演化形态

§3.1.3“生命游戏”中构形的分类

§3.2Wolfram和他的初等元胞自动机

§3.2.1Wolfram简介

§3.2.2初等元胞自动机

§3.2.3典型的Wolfram规则

§3.3能自我复制的元胞自动机

§3.3.1VonNewmann的工作

§3.3.2Langton的自我复制环

§3.4Langton蚂蚁

§3.5格子气自动机

§3.5.1HPP模型

§3.5.2FHP模型

§3.5.3LGA模型中的演化方程与宏观量

§3.5.4LGA模型中的边界条件

§3.5.5LGA模型的状态更新

§3.5.6LGA模型的缺陷

§3.6研究颗粒流的元胞自动机

第四章元胞自动机的分类

§4.1基于维数的元胞自动机分类

§4.1.1一维元胞自动机

§4.1.2二维元胞自动机

§4.1.3高维元胞自动机

§4.2基于动力学行为的元胞自动机分类

§4.2.1基于动力学行为的分类

§4.2.2四类元胞自动机之间的区别

下篇：元胞自动机在交通领域中的应用

第五章道路交通流理论简介

§5.1道路交通流理论研究的意义

§5.2常用的变量及测量方法

§5.2.1交通流量q和时间车头距h1

§5.2.2速度v和密度p

§5.2.3占有率

§5.3基本的交通实测现象与特征

§5.3.1流量一密度关系图与回滞现象

§5.3.2交通堵塞

§5.3.3同步流和宽运动堵塞

§5.3.4交通临界相变行为

§5.3.5自组织现象

§5.3.6混沌动力学行为

§5.3.7交通流中的密度波

§5.4交通流理论模型分类

第六章道路交通流中的元胞自动机模型

§6.1单车道元胞自动机模型

§6.1.1Nasch模型及其衍生模型

§6.1.2巡航驾驶极限和自组织临界

§6.1.3慢启动规则、亚稳态和回滞

§6.1.4速度效应模型

§6.1.5舒适驾驶模型和同步流

§6.1.6三相交通流模型

§6.1.7考虑减速限制的CA模型

§6.1.8其他单车道CA模型

§6.2多车道元胞自动机模型

§6.2.1双车道CA模型

§6.2.2多车道CA模型

§6.3双向交通的CA模型

§6.4混合交通中的偏析现象

§6.4.1图形的获取

§6.4.2偏析度量参数的定义

§6.4.3数值模拟与分析

§6.5多值元胞机模型

§6.5.1BCA模型

§6.5.2EBCA模型

§6.5.3一般化模型

§6.5.4模拟自行车流的随机慢化模型

§6.5.5混合自行车流模型

§6.5.6机非混行交通流模型

第七章元胞自动机模型在道路交通瓶颈研究中的应用

§7.1交通中的瓶颈现象

§7.2匝道瓶颈研究

§7.2.1以车库形式出现的入口匝道和出口匝道

§7.2.2主道和入口匝道之间的相互作用

§7.2.3加速道对交通系统的影响

§7.2.4出口匝道系统的交通行为

§7.3路口瓶颈的研究

§7.3.1十字(或x型)交叉路口

§7.3.2T型路口

§7.3.3环岛

§7.3.4辅助信号灯

§7.4其他典型交通瓶颈的研究

§7.4.1道路缩减

§7.4.2收费站

第八章城市路网交通流中的元胞自动机模型

§8.1BML模型

§8.2BML的扩展和衍生模型

§8.2.1车辆的非均匀分布

§8.2.2不同的车辆最大速度

§8.2.3立交桥

§8.2.4失效的交通信号灯

§8.2.5绿波同步

§8.3NaSch和BML的耦合模型

§8.4元胞传输模型

§8.4.1CTM的路段模型

§8.4.2CTM的节点模型

§8.4.3路段行程时间与行程速度的计算方法

§8.4.4模拟基本步骤

§8.5基于元胞传输模型的交通拥堵瓶颈的识别

§8.5.1交通拥堵瓶颈概述

§8.5.2模型参数的确定

§8.5.3模拟结果及分析

第九章其他交通系统中的元胞自动机模型

§9.1公交路线系统的元胞自动机模型研究

§9.1.1考虑到公交车承载能力的公交路线模型

§9.1.2模拟结果和讨论

§9.2轨道交通系统的元胞自动机模型研究

§9.2.1固定闭塞控制系统

§9.2.2移动闭塞控制系统

§9.2.3列车延迟传播现象的模拟研究

§9.2.4混合交通中节能优化的元胞自动机模型

§9.2.5三线轨道交通系统的运输能力问题研究

第十章元胞自动机模型、交通流状态和复杂网络

§10.1复杂网络简介小世界网络和无标度网络

§10.2复杂网络与城市交通网络

§10.3基于交通流状态构建网络模型

§10.4交通流状态与网络模型的结构特性

§10.5交叉口交通流状态

§10.6同步流状态的复杂性特征

§10.6.1模拟结果

§10.6.2实测数据检验

附录一交通流理论模型简介与对比

附1.1连续模型(宏观模型)

附1.2气体动理论模型(中观模型)

附1.3车辆跟驰模型(微观模型)

附1.4元胞自动机模型(微观模型)

附1.5不同模型的比较及其之间的联系

附录二TRANSIMS系统简介及案例

附2.1什么是TRANSIMS

附2.2TRANSIMS与传统四阶段法的区别

附2.3TRANSIMS整体框架

附2.3.1综合人口模块

附2.3.2出行行为模块

附2.3.3路径选择模块

附2.3.4微观模拟模块

附2.3.5尾气排放估计模块

附2.3.6选择与反馈模块

附2.3.7可视化输出模块

附2.4应用案例

附2.4.1输入数据

附2.4.2微观模拟模块输出结果

后记

参考文献

本书部分彩图

　　本书作者及其研究团队近年来构建了多种新的交通流模型，探讨了交通瓶颈处的车流演化复杂特性，首次将元胞自动机模型应用于轨道交通系统之中，并首次建立了元胞自动机模型的交通流状态和复杂网络之间的关系等。本书在介绍元胞自动机的基础理论和交通流理论的基础上，介绍了元胞自动机模型在交通系统建模与模拟中的应用，并系统地总结了作者近年来在元胞自动机模型研究方面的主要研究成果。　　本书在介绍元胞自动机的基础理论和交通流理论的基础上，系统地阐述了元胞自动机模型在交通系统建模与模拟中的应用。　　本书在理论研究方面不仅可以对解决当前我国城市交通问题提供一定的理论支持，而且可为广大工程技术人员对交通流的建模与分析提供参考。　　本书可作为高等院校交通运输工程等专业的研究生教材和高年级本科生选修教材，也可供从事交通流理论及其相关研究的科技工作者及交通软件开发人员参考。