基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装)
基本信息·出版社：科学出版社 ·页码：330 页 ·出版日期：2007年10月 ·ISBN：9787030204653 ·条形码：9787030204653 ·版本：第1版 ·装帧：精装 ·开 ...
| 商家名称 |
信用等级 |
购买信息 |
订购本书 |
|
|
 |
基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装) |
 |
|
|
基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装) |
|
基本信息·出版社：科学出版社
·页码：330 页
·出版日期：2007年10月
·ISBN：9787030204653
·条形码：9787030204653
·版本：第1版
·装帧：精装
·开本：16
·正文语种：中文
·图书品牌：科瀚伟业
内容简介 《基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装)》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。《基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装)》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。《基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装)》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。
编辑推荐 《基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(精装)》为科学出版社出版发行。
目录 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
§3.1 Conway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
§3.2 Wolfram和他的初等元胞自动机
§3.2.1 Wolfram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
§3.3.1 Von Newmann的工作
§3.3.2 Langton的自我复制环
§3.4 Langton蚂蚁
§3.5 格子气自动机
§3.5.1 HPP模型
§3.5.2 FHP模型
§3.5.3 LGA模型中的演化方程与宏观量
§3.5.4 LGA模型中的边界条件
§3.5.5 LGA模型的状态更新
§3.5.6 LGA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
§6.1.1 Nasch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
§6.5.1 BCA模型
§6.5.2 EBCA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
§7.3.2 T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
§8.1 BML模型
§8.2 BML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
§8.3 NaSch和BML的耦合模型
§8.4 元胞传输模型
§8.4.1 CTM的路段模型
§8.4.2 CTM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2.2 TRANSIMS与传统四阶段法的区别
附2.3 TRANSIMS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
……
序言 交通运输系统是人类生活、社会经济活动的重要组成部分。良好的交通运输系统是人们日常生活、企事业等正常运转及促进经济飞速发展的必不可少的基本条件。然而，目前我国各大城市都被交通拥堵问题所困扰，究其直接原因大致可以归纳为以下两点：一方面，由于经济的发展使得人们出行需求显著增加，现有交通运输网络已不能够满足这些交通需求；另一方面则是交通设施设置不合理，交通管理措施不能够适应现代交通的发展等。
近几年来，我国部分城市大规模、高强度、高标准的交通建设使交通状况有所改善，但交通拥堵仍不时发生，而现有的许多交通资源又未获得充分利用，有些道路的设计通行能力还远远没有达到，有些高架路变成了停车场，有的立交桥则多次重建。虽然从20世纪80年代开始，国内部分城市相继从国外引进了先进的交通管理控制系统（如SCOOT、SCATS系统等），但由于国内的混合交通流特性与国外的单纯机动车流特性差别很大，特别是在交叉路口混合交通流情况下，机动车、自行车、行人相互干扰，致使通行能力严重下降，许多在国外行之有效的交通管理措施在我国并没有收到预期的应用效果，“水土不服”的问题非常严重，具体表现在假设条件过于理想、处理手段过于简单，大多数规划方案和控制系统存在机理不清、基础不牢的内在缺陷，因而难以从根本上达到缓解和预防城市交通拥堵的目的。这些问题，究其学术上的原因，是对交通行为和交通流的内在演化机理缺少深入研究。可见，如果缺乏先进的理论指导，单纯依靠修建道路等交通设施和采用传统的管理方式来解决城市交通问题，不仅成本高昂、资源浪费、环境污染严重，且效果有限。为实现城市交通的畅通，发达国家普遍采用了高科技投入与多学科领域专家合作研究相结合的办法，设计、建设和管理与其国情相适应的科学的城市交通系统。随着我国经济建设的飞速发展，如何利用科学的手段来缓解和预防城市交通拥堵已是当务之急。其中首要的工作是深入研究并揭示交通拥堵产生的内在机理，只有这样，才有可能实现从“治标”到“治本”的转化，为城市的可持续发展提供基本保障。因此，对交通流理论的研究就必不可少。
文摘 插图：
§2.1.2 元胞自动机的定义
尽管元胞自动机有着较为宽松，甚至近乎模糊的构成条件，但作为一个数理模型，元胞自动机有着严格的科学定义。同时，元胞自动机是一个地地道道的“混血儿”，是物理学家、数学家、计算机科学家和生物学家共同工作的结晶。因此，对元胞自动机的含义也存在不同的解释，物理学家将其视为离散的、无穷维的动力学系统；数学家将其视为描述连续现象的偏微分方程的对立体，是一个时空离散的数学模型；计算机科学家将其视为新兴的人工智能、人工生命的分支；而生物学家则将其视为生命现象的一种抽象。下面给出几种常见的定义。
§2.1.2.1 物理学定义
元胞自动机实质上是定义在一个由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定的局部规则，在离散的时间维度上演化的动力学系统。
在元胞自动机中，空间被一定形式的规则网格分割为许多单元。这些规则网格中的每一个单元都称为元胞，并且它只能在有限的离散状态集中取值。所有的元胞遵循同样的作用规则，依据确定的局部规则进行更新。大量的元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。不同于一般的动力学模型，元胞自动机不是由严格定义的物理方程或函数确定，而是由一系列的演化规则构成。元胞自动机相当于传统物理学中近距离作用的“场”，是“场”的离散化模型。
后记 当前，计算机科学的发展和统计物理以及非线性科学的进展为交通流这一复杂系统的研究打开了新的思路，以交通流、宏观微观动力学理论为指导，新的交通流理论在智能交通运输系统的应用已经开始在美国、德国、英国、日本等发达国家中全面展开，相关的交通流理论研究随之深入展开。
与国外发达国家相比，我国在交通流理论研究方面的投入较少，城市交通规划、建设、控制与管理仍然以“大经验、小科学”为主。目前国内用于交通管理的控制系统（如SCOOT、SCATS系统等），主要靠花大量外汇引进，但由于国内的混合交通流特性与国外的单纯机动车流特性差别很大，特别在交叉路口，在混合交通流情况下，机动车、自行车、行人相互干扰，致使通行能力严重下降，许多在国外行之有效的交通管理措施在我国并没有收到预期的效果，“水土不服”的问题非常严重。具体表现在假设条件过于理想、处理手段过于简单，大多数规划方案和控制系统存在机理不清、基础不牢的内在缺陷，因而难以从根本上达到缓解和预防城市交通拥堵的目的。这些问题，究其学术上的原因，是对交通行为和交通流的本质缺少深入研究。为实现城市交通的畅通，发达国家普遍采用了高科技投入与多学科领域专家合作研究相结合的办法，设计、建设和管理与其国情相适应的科学的城市交通系统。我国正面I临经济大发展，如何利用科学的手段来缓解和预防城市交通拥堵已是当务之急。其中首要的工作是，深入研究交通流形成机理以及城市交通网络这一复杂系统的演化规律，从本质上解释城市交通拥堵形成的根本原因，只有这样，才有可能实现从“治标”到“治本”的转化，为城市的可持续发展提供基本保障。因此建立符合我国国情的交通流理论模型，开发相关的应用软件，并用于指导工程实践，是摆在我们面前的迫切问题。
在事实面前，国内许多领域的学者逐步认识到交通流理论研究的重要性和迫切性。20世纪90年代前，同济大学、清华大学、东南大学、吉林大学等单位的少数交通工程学者做了一定的工作，侧重探讨经典的概率论模型和跟车模型及其应用。20世纪90年代以来，部分物理学界、力学界、数学界和系统科学界的学者投入交通流的理论研究，如上海大学的戴世强教授课题组、中国科学技术大学的吴清松教授课题组和汪秉宏教授课题组、北京交通大学的高自友教授课题组、北京航空航天大学的黄海军教授课题组、广西师范大学的刘慕仁教授课题组、广西大学的薛郁教授课题组、华东师范大学的顾国庆教授等。他们在元胞自动机模型、流体力学模型和跟驰模型的研究中，均取得了一些具有国际影响和实用价值的成果。
