基于Lattice Boltzmann方法的交通流模型研究

摘要

智能运输系统(Intelligent Transportation System,简称ITS)是将先进的信息技术、通信技术、传感技术和系统综合技术有效地集成,并应用于地面运输系统,从而建立起大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的运输系统.在智能运输系统(ITS)中,交通流理论是基础研究内容之一.交通流理论是运用物理学、流体力学和数学的方法来描述交通特性的一门边缘科学,是发展中的科学,目前还没有形成完整的理论体系.在交通流模型研究中,交通流理论的发展和完善体现了其研究的深度和广度.到目前为止,研究还限于经验方法或半理论方法,而且各国有各自的一套方法,没有普遍意义,目前尚没有一套公认的理论体系.该文在广泛调研,追踪国内外研究进展及发展现状的基础上,运用流体力学方法研究了交通流建模及其仿真.引言对国内外交通流的研究概况作了介绍,并提出了本文着重研究的问题.在第2章中,首先简单介绍了Lattice Boltzman方法的发展,阐述了Lattice模型的本质及其建模过程;然后,重点介绍了交通流理论中的流体力学模拟理论的几种有代表性的数学模型,分析并比较了这几种交通流流体力学模型,指出了模型的特点、适应范围,并作出了几点评述.第3章将Lattice Boltzmann方法引入交通流的研究中,直接从交通流的宏观LW模型出发,建立了交通流的Lattice Boltzmann模型.第4章运用交通流的Lattice Boltzmann模型对实际交通问题进行了仿真,包括孤立红绿灯、上下游红绿灯同步周期变化、高速公路事故交通流等情形.并对数值模拟结果作了简要的分析.数值模拟结果表明该模型是有效的.在模型的建立上,交通流的Lattice Boltzmann模型可以避免应用传统流体力学方法建立的LW模型中不太合理的u-k关系式;在数值模拟上,交通流的Lattice Boltzmann模型较传统的交通流方法更加能够明显地捕捉到激波的现象.这一方法值得今后将作更深入地研究.

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1选题背景与意义

1.2交通流理论的研究现状

1.3本文主要工作

第2章Lattice Boltzmann理论与交通流理论

2.1 Lattice Boltzmann方法的发展简述

2.1.1 LGA方法

2.1.2 Lattice Boltzmann理论

2.1.3 Lattice Boltzmann方法的应用

2.2交通流理论

2.2.1车辆跟驰理论

2.2.2流体动力学模拟理论

第3章交通流的Lattice Boltzmann模型

3.1宏观交通流LW模型

3.2交通流的Lattice Boltzmann模型

3.3LB算法的程序设计

第4章交通流问题的数值模拟

4.1红绿灯交通流问题的数值模拟

4.2高速公路事故交通流的数值模拟

4.3本章小结

第5章结论与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致 谢

参考文献

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