基于元胞自動機的海上航道內船舶交通流研究.pdf

1、隨著海上船舶向高速化、大型化的發(fā)展，部分重要航道內船舶密度的逐漸增大，擁擠航道內出現(xiàn)了較為頻繁的減速跟隨和轉向追越前船的航行行為，致使航道內的交通變得越來越復雜。為揭示此類復雜交通現(xiàn)象產生的機理，促進海上交通流相關研究的發(fā)展，需要對海上交通流中減速跟隨和轉向追越前船這類微觀行為進行建模。
　　基于元胞自動機的交通流模型作為一種微觀交通流模型，被廣泛地應用在車輛、船舶等交通流研究中，是當前主要的交通流模型之一。通過總結海上元胞自動機

2、交通流模型的發(fā)展現(xiàn)狀，分析影響元胞自動機應用于船舶交通流研究的瓶頸問題，分析航道內船舶的實際交通數(shù)據(jù)，研究航道內船舶行為特征，建立了基于元胞自動機的海上航道內船舶交通流模型。
　　提出了基于空間-邏輯映射規(guī)則的航道離散方法。該方法解決了由航道寬度變窄引起的空間離散化問題。當實際航道寬度變窄時，若借鑒道路空間離散方法直接對航道進行離散化，所得結果存在部分通道缺失的情況，在進行交通流仿真時會引起與實際情況不符的船舶“偽換道”現(xiàn)象。該問

3、題制約了元胞自動機在船舶交通流研究中的應用。因此，通過分析實際寬度變窄航道中的船舶航跡分布特征與船舶航行規(guī)律，提出了適用于船舶交通流的航道空間離散方法。該方法能對寬度變窄的航道進行空間離散化并映射到寬度不變的元胞空間中，實現(xiàn)了由寬度變化航道向寬度不變航道的轉換，為制定合理的元胞自動機演化規(guī)則奠定了基礎。應用該方法對寬度變窄的航道進行了離散化處理，并基于離散結果進行了交通流仿真，通過與實際船舶航行數(shù)據(jù)對比，驗證了該方法的有效性。
　

4、　建立了基于元胞自動機的單向航道內追越受限條件下的船舶交通流模型。在該模型中，主要對后船速度大于前船但無法追越時，受前船影響而必須采取減速跟隨的行為進行了研究。通過分析航行過程中后船減速跟隨前船的實際航行行為，并結合船舶避碰的研究成果，確定船舶減速的時機和幅度，制定對應的元胞自動機演化規(guī)則，建立了基于元胞自動機的單向航道內追越受限條件下的船舶交通流模型。該模型適用于不滿足追越條件時的船舶交通行為仿真或單向航道內禁止追越的船舶交通流仿真，

5、為單向航道內可追越條件下船舶交通流模型的建立奠定了基礎。
　　建立了基于元胞自動機的單向航道內可追越條件下的船舶交通流模型。在該模型中，著重研究了船舶的追越行為，并制定了對應的元胞自動機演化規(guī)則。在該演化規(guī)則中，考慮了后船在追越過程中不與他船產生新緊迫局面的原則、追越過程中船間通過甚高頻電話協(xié)商避碰對船舶行為的影響、后船為保持足夠的安全橫距采取轉向行為時對速度的影響、兩艘或兩艘以上船舶進行追越時的目標位置沖突，從而令該模型更加符合