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陈玉峰开题报告.doc

陈玉峰开题报告.doc

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新疆大学研究生毕业论文开题报告提纲附件一新疆大学硕士研究生毕业论文开题报告研究生姓名:陈玉峰学号:107550900921所在学院:机械工程学院专业名称:机械设计及理论学位类别:硕士指导教师:买买提明艾尼填表日期:2010.12.21新疆大学研究生院制论文题目交通流建模与数值计算方法研究1、课题的背景及意义交通是人类生存和社会发展所必须进行的活动,与社会经济的发展密切相关,交通是社会经济的大动脉,交通的发展带动国民经济的发展,所以说交通问题的本质是经济问题。改革开放以来,我国的国民经济处于高速发展中,随之带来的城市机动车保有量和交通出行量都急剧增长。相对于城市交通需求的急剧增长,城市交通供给严重不足,供求矛盾被激化,导致城市交通运营状况严重恶化,交通事故率上升,行车速度下降。目前我国113个大城市普遍陷入交通拥堵的困境。以上海为例,1991年的实测资料表明,在早晚高峰期,市中心的平均车速仅达到15km/h,有些路段甚至仅为4km/h,低于正常的步行速度。虽然近年来上海市耗巨资建设了城市地铁和高架路系统,严重的交通拥堵情况有所缓解,但还是处于“大动脉畅通,微血管阻塞”的状态。交通拥堵带来的经济损失是非常巨大的,美国德克萨斯运输研究所对美国的39个主要城市进行的研究表明,美国每年因交通堵塞而造成的经济损失达到了数千亿美元,欧洲各国每年因交通拥堵和交通事故造成的经济损失也有数千亿欧元。另外,交通引起的废气污染已成为城市大气污染的主要问题。大城市60%的一氧化碳、50%的氮氧化物、30%的碳氢化合物污染源均来源于机动车排放的尾气。据实测资料,从城市24小时机动车氮氧化物排放量变化情况来看,机动车废气排放量与行车速度、交通密度以及大气环境容量等因素密切相关。汽车怠车状态所排放的废气是行车时的十倍以上。由于机动车的尾气排放是低空排放,因此对人体健康的危害更大。交通引起的大气环境污染带来的经济损失也是巨大的,欧洲每年因此造成的损失有千亿欧元。另外,交通噪声污染也成为不可回避的重要问题,而且呈现日趋严重的发展趋势。当前,交通噪声已经成为北京市主要的噪声污染源,如果不能很好地解决这一问题,必将成为今后制约城市环境质量改善的主要问题。根据对北京市交通噪声的实测结果和噪声分布的情况可以看出,车流量大、车速高的城市主干道其交通噪声污染都大于70dB,而70dB的噪声并不是居民正常生活可以承受的标准。近年来,我国交通事故和死亡率高居不下。2003年,我国万车死亡率达10.8人,是日本2000年的10.7倍,是德国2000年的7.6倍,强烈扰乱了人们的生活轨迹,严重影响着经济和社会的稳定与发展。面对日益严重的交通拥挤和堵塞,实践证明扩修道路不但不能有效地解决实际交通问题,反而会恶性循环形成黑洞交通。实践证明解决交通问题最为有效地方法是交通管理与控制,而设计一个有效而实用的交通管理与控制策略是需要经过反复的修正和锤炼的,显然如果在实际交通中完成这些修正将会花费巨额的费用,且交通问题影响的因素多而复杂,这对国家和社会将是一个巨大的损失。而通过计算机对交通流进行模拟仿真不仅能快速准确的对交通管控策略进行全面的研究,而且能节省巨大的费用,因此本研究具有较强的现实意义。2、国内外研究综述1、国内外研究进展传统的交通流理论应用概率统计与流体力学知识,从宏观与微观的角度研究一定条件下间断、连续与混合车流的时空变化规律。理论范畴极其丰富,研究涵盖:流量、速度和密度的调查方法,分布特性和相互关系,车辆跟驰行为、交通稳定性和加速度干扰,网络流量、速度和密度关系,交叉口交通流理论,交通管制下交通安全、燃料消耗和空气质量等交通影响,驾驶员的反应与影响,交通模拟与分配技术等。纵观20世纪,30-40年代基本借助概率统计方法研究低密度、大车头间距下的自由流交通。在这期间,Kinzer首先应用泊松分布来分析交通问题,Greenshields着重研究了交通流三参数(流量、速度和密度)的关系,而Adams则进行了一些数值计算工作。到了50年代、由于交通流量、交通拥堵和交通事故剧增,交通流相互影响增加,从而进入了以高密度、小车头车间距为表征的非自由交通流的研究。于是现代交通流理论的研究出现了各种新的探讨,其中主要是描述微观运动的车辆跟驰理论和宏观运动的流体动力学模拟理论,从而取代了早期的概率论方法。2、国内现状上世纪90年代,韩直建立了反映刹车距离因素的跟驰模型,陈建阳考虑了驾驶员行为对交通流的影响,建立了修正的跟驰模型,并运用交通流稳态统计分析,实现了交通流微观与宏观的统一。许轮辉得到了延滞时间与跟持行为相关的非线性模型。荣建建立了跟持时间不定和随机因素下的跟驰模型,较为真实的考虑了交通拥堵的产生。交通工程出现了一些跟驰模型,不过应用水平带有改进,我国现有跟驰模型还欠缺大量的实测资料的验证。张亚平等人根据尖点突变理论得到的流量、速度和车道占有率关系模型,在一定程度上缓解了交通流量参数预测中拥堵交通流数据严重缺乏的状况。但模型尚未烤率道路段面几何特性和交通构成等因素。王伟基与超饱和交通流消散机理分析,首先构建了各种负荷的车速流量模型。郑兴宇建立了一个路段交通流速度-密度关系模型用于车辆跟驰模型和宏观交通流特性。在我国,交通流三参数之间的关系模型仍处于研究发展阶段,已有成果往往不能有效地模拟目前的交通流特性。3、国外现状50多年前,国外就开展了有关车辆跟驰模型的研究,此项研究的范围较广,含GM模型、线性跟驰模型、生理心理模型和模糊逻辑模型。其中Edie首先分被构造了非拥挤状态与拥挤状态的交通流模型。60年代后、Pipes采用流体力学模拟理论进行交通流研究。数值离散后,开发计算机软件并应用于交通工程中。其不足是任采用速度-密度平衡关系,认为饱和交通流不可压缩、车辆同时起动而是波速无限大,以及平衡车速调节过慢,很难反映道路拓扑参数(车道数、道路状况、信号)和段时间较同流量突变等交通流动态特性。Kuhne在Pipes模型基础上增加放映交通流粘性影响,并可用于超拥挤状态分析。交通流动力学模型较为适用于均匀稳定的非自由交通流。出于交通流离散性、随机性和不确定性考虑,Biham,Middleton和Livene提出了元胞自动机模型的设想。Freund则模拟十字交叉口的交通流特性。3、主要的研究内容本文是对城市交通流建模及局部交通流仿真进行了研究,主要完成了以下内容:(1)建立城市交通流数学模型。如,车辆生成模型、车辆跟驰模型、换车道模型、信号交叉口模型等。(2)研究城市交通流数值计算方法。根据建立的城市交通流数学模型离散道路中交通单元并编写C语言程序计算区域交通单元的速度,加速度,位置等属性,(3)研发城市交通流仿真软件,建立交通流数值仿真平台。以乌鲁木齐市的团结路-解放路为研究背景根据城市交通流数值计算方法研发城市交通流仿真软件,最终建立交通流数值仿真平台。4、研究的特色及创新点本研究的主要特色在于用完全离散的方法来描述交通流,建立城市交通流数学模型,并以此为依托研发城市交通流仿真软件,建立交通流数值仿真平台。创新点是建立的交通模型中考虑到车辆产生的同时产生该车辆的目的地,并且该车辆自动寻找最短路径到达该目的地。这和传统的交通仿真仅采用概率的方法相比更能真实的反映交通流规律。5、研究中可能存在的问题(1)实验数据的提取分析。由于计算量大且数据间独立性较强,需寻求一种合适的数理统计方法来处理这些数据便于更好的看清问题的本质。(2)在仿真前处理阶段,对于道路网格的划分不能很好的处理曲线型道路。(3)在仿真后处理阶段,部分区域的可视化效果存在些问题。(4)本研究主要考虑的是平面交通流问题,对于立交桥三维问题时目前无法计算。6、预期的结果[1]发表论文2-3篇,主要研究各种交通设施和道路通行能力之间的关系,特别是当这些交通设施在数量上发生变化时道路通行能力将会如何变化,变化的程度又是多少,最终找出它们之间的线性或非线性关系。[2]注册软件1款,根据建立的城市交通流数学模型和城市交通流数值计算方法用C语言编写局部交通流仿真程序并注册软件。[3]建立交通流数值仿真平台,并选取乌鲁木齐某一区域作为研究背景对其进行交通仿真。[4]争取鉴定成果1项并申报厅局级以上科研奖励1项。7、论文工作进度安排第一阶段.,2010年12月—2011年3月,学习C语言、熟悉Linux操作系统、阅读交通流相关的国内外参考文献和书籍等资料。开发局部交通流仿真平台。第二阶段.2011年3月—2011年11月,进一步完善局部交通流仿真平台,计入城市交通流随机变量和车流量分布函数,对比分析仿真结果。第三阶段.论文撰写2011年12月—2012年3月,完成小论文1-2篇。(1)绪论(2)交通流理论及其模型综述(3)离散化交通流仿真模型的建立(4)局部交通流仿真及模型验证(5)对仿真结果数值进行分析(6)总结第四阶段.论文评阅2012年4月第五阶段.论文答辩2012年5月,,完成小论文1-2篇。8、参考文献[1]戴世强,冯苏苇,顾国庆.交通流动力学[M].北京:人民交通出版社,1997.196-201.[2]唐孝威,张训生,陆坤权主编.交通流与颗粒流[M].杭州:浙江大学出版,2003.53-55.[3]HelbingD.Traficandrelatedself-drivenmany-particlesystem[J].RevModPhy.2001.(Oct/Nov):32-35.[4]王炜,郭秀成.交通工程学[M].南京:东南大学出版社,2000.80-89.[5]周商吾.交通工程[M].上海:同济大学出版社,1987.61-74.[6]饭田恭敬.交通工程学[M].邵春福,杨海,史其信等译.北京:人民交通出版社,1994.136-141.[7]HermanR,MontrollEW,PottsRB,etal.Trafficdynamic:Analysisofstabilityincarfollowing[J].OpensRes,1959,5(7):86-106[8]PipesLA.Vehicleaccelerationsinthehydrodynamictheoryoftrafficflow[J].TranspnRes,1969(3):229-234.[9]PayneHJ.Modelsoffreewaytrafficandcontrol[J].MathematicalMethodsofPublicSystem,1971,1(1):51-61.[10]RossP.Trafficdynamics[J].TranspRes,1988(22B):421-435.[11]吴正.低速混合型城市交通的流体力学模型[J].力学学报,1994,26(2):149-157.[12]王明祺.交通流理论的研究进展[J].力学进展,1995,25(3):343-355.[13]冯蔚东,贺国光,刘豹.交通流理论评述[J].系统工程学报,1998,13(3):71-82.[14]冯蔚东,贺国光,刘豹.基于自组织的交通流初步研究[J].系统工程学报,1998,13(4):104-108.[15]FritzcheHT.Amodelfortrafficsimulation[J].TrafficEngineeringControl,1994,35(3):317-321.[16]何民,刘小明,荣建.交通流跟驰模型研究进展[J].人类工效学,2000,6(2):46-50.[17]荣建,刘小明.基于可变跟驰时间和随机因素的通行能力理论计算模型[J].中国公路学报,2001,14(4):81-85.[18]汪应洛.系统工程[M].北京:机械工业出版社,1999.21-80.[19]王殿海,曲昭伟.对交通流理论的再认识[J].交通运输工程学报,2001,1(4):55-59.[20]王维平,朱一凡,华雪倩等,离散事件系统建模与仿真[M].长沙:国防科技大学出版社,1997.10-60.[21]刘运通等.交通系统仿真技术[M].北京:人民交通出版社,2002.99-123.参加研究生论文开题报告的专家:姓名职称工作单位开题报告的意见:通过()不通过()对开题报告的意见:(具体说明)同意进入论文撰写阶段()不同意进入论文撰写阶段()组长签名:年月日

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