Bachelorarbeit, 2023
36 Seiten, Note: 1.0
Diese Arbeit bietet einen Einblick in die Verkehrsflussmodellierung mittels hyperbolischer Erhaltungsgleichungen. Die Hauptziele sind die Vorstellung des Lighthill-Whitham-Richards (LWR) und des Aw-Rascle-Zhang (ARZ) Modells, die Erläuterung der notwendigen mathematischen Grundlagen und die Analyse der jeweiligen Modellfehler. Die Arbeit dient als Einführung in dieses Gebiet für interessierte Leser.
1 Motivation: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Verkehrsflussmodellierung ein und begründet die Notwendigkeit mathematischer Modelle zur Entwicklung effektiver Verkehrsleitsysteme und Stauprognosen. Es werden verschiedene Kategorien von Verkehrsflussmodellen vorgestellt (mikroskopisch, mesoskopisch, makroskopisch, hybrid), wobei sich die Arbeit auf makroskopische Modelle konzentriert, da diese für große Fahrzeugmengen effizienter sind. Die Auswahl des LWR und ARZ Modells wird gerechtfertigt.
2 Lighthill-Whitham-Richards (LWR) Modell: Dieses Kapitel präsentiert das LWR-Modell als ein vereinfachtes Modell für den Verkehrsfluss auf einer unendlich langen Strecke ohne Ein- und Ausfahrten. Die Herleitung des Modells basiert auf der Erhaltung der Fahrzeuganzahl und der Annahme, dass die Geschwindigkeit hauptsächlich von der Dichte abhängt. Es wird eine Funktion eingeführt, die die Beziehung zwischen Dichte und Geschwindigkeit beschreibt, und der Unterschied zwischen theoretischer und realer Daten (Greenberg, Lincoln-Tunnel) wird diskutiert. Das Kapitel behandelt die Definition klassischer Lösungen und die Verbindung zur Burgersgleichung.
3 Intermezzo zu linearen hyperbolischen Systemen: Dieses Kapitel dient als Brücke zwischen dem LWR- und dem ARZ-Modell. Es bietet eine kurze Einführung in die Eigenschaften linearer hyperbolischer Systeme, die für das Verständnis des ARZ-Modells relevant sind. Es bereitet den Leser auf die komplexeren Aspekte des ARZ-Modells vor.
4 Aw-Rascle-Zhang (ARZ) Modell: Das Kapitel stellt das ARZ-Modell als verbessertes Modell zum LWR Modell vor, welches die natürliche Verzögerung bei der Reaktion auf veränderte Verkehrssituationen berücksichtigt. Die Herleitung, Untersuchung und Eigenschaften des ARZ-Modells werden detailliert erläutert. Es wird auf das Riemann-Problem und die numerische Approximation eingegangen. Die Fehler des Modells und das Konzept der "Jamitons" werden ebenfalls diskutiert.
Verkehrsflussmodellierung, hyperbolische Erhaltungsgleichungen, Lighthill-Whitham-Richards Modell (LWR), Aw-Rascle-Zhang Modell (ARZ), Staumodellierung, Verkehrsfluss, Fahrzeugdichte, Geschwindigkeit, Riemann-Problem, Entropielösungen, numerische Approximation.
Diese Arbeit bietet einen Einblick in die Verkehrsflussmodellierung mittels hyperbolischer Erhaltungsgleichungen. Die Hauptziele sind die Vorstellung des Lighthill-Whitham-Richards (LWR) und des Aw-Rascle-Zhang (ARZ) Modells, die Erläuterung der notwendigen mathematischen Grundlagen und die Analyse der jeweiligen Modellfehler. Die Arbeit dient als Einführung in dieses Gebiet für interessierte Leser.
Die Arbeit behandelt folgende Schwerpunkte:
Das LWR-Modell ist ein vereinfachtes Modell für den Verkehrsfluss auf einer unendlich langen Strecke ohne Ein- und Ausfahrten. Es basiert auf der Erhaltung der Fahrzeuganzahl und der Annahme, dass die Geschwindigkeit hauptsächlich von der Dichte abhängt.
Die Fehler des LWR-Modells sind im jeweiligen Kapitel der Arbeit genauer beschrieben.
Das ARZ-Modell ist ein verbessertes Modell zum LWR Modell, welches die natürliche Verzögerung bei der Reaktion auf veränderte Verkehrssituationen berücksichtigt.
Das Konzept der "Jamitons" wird im Kapitel zum ARZ-Modell diskutiert.
Verkehrsflussmodellierung, hyperbolische Erhaltungsgleichungen, Lighthill-Whitham-Richards Modell (LWR), Aw-Rascle-Zhang Modell (ARZ), Staumodellierung, Verkehrsfluss, Fahrzeugdichte, Geschwindigkeit, Riemann-Problem, Entropielösungen, numerische Approximation.
Mathematische Modelle sind notwendig, um effektive Verkehrsleitsysteme und Stauprognosen zu entwickeln.
Es gibt mikroskopische, mesoskopische, makroskopische und hybride Verkehrsflussmodelle.
Makroskopische Modelle sind für große Fahrzeugmengen effizienter.
Dieses Kapitel dient als Brücke zwischen dem LWR- und dem ARZ-Modell und bietet eine kurze Einführung in die Eigenschaften linearer hyperbolischer Systeme, die für das Verständnis des ARZ-Modells relevant sind.
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