Exakte Lösungen für getriebene Diffusionssysteme: Dynamische Defektbildung und Phasenübergänge

A totally asymmetric exclusion process on a ring is investigated in which particles can move one or two sites. Special attention is spent to the high-speed case where particles are not allowed to move a single site if they could move two sites. The stationary state is calculated exactly in the framework of the matrix-product ansatz. Independently of the update this process evolves into subspace of the configuration space and can lead to the formation of an excess hole. One observes two phases where its velocity takes different values which are calculated exactly from the normalization-generating function. Numerically computed density profiles show an interesting algebraic form as a limit of a shock profile. For continuous time the process turns out to be related to the ASEP with a single defect particle and for synchronous update it leads to a natural defect dynamics. For the general definition of the process with maximum velocity two, from an exact analysis of the two-particle sector we find that the distribution of inter-particle distance can oscillate. This is underlined in the thermodynamic limit by an improved mean-field theory which shows a remarkably good agreement with simulations. The main focus of this work is the exact solution of lattice models by matrix-product ansatz. We finally obtain stationary states also for related processes. Especially considerable is a new formulation of steady states for parallel dynamics like the ASEP with open boundaries as a product of a pair-factorized and a matrix-product state.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im Wesentlichen mit dem vollkommen asymmetrischen Exklusionsprozess (ASEP) mit periodischen Randbedingungen. Der ASEP ist auf einem eindimensionalen Gitter definiert, auf dem jede Zelle entweder leer oder von genau einem Teilchen besetzt sein kann. In der ursprünglichen Definition können sich die Teilchen unter der Voraussetzung, dass die Zielzelle frei ist, genau um eine Zelle nach rechts bewegen. Hier betrachten wir die Möglichkeit, eine oder zwei Zellen zu hüpfen. Sowohl zufällig-sequentielle als auch parallele Dynamik werden behandelt. Besonderes Interesse gilt dem Hochgeschwindigkeitsfall, in dem sich die Teilchen wenn möglich immer zwei Zellen vorwärts bewegen. Der stationäre Zustand wird mit Hilfe des Matrixproduktansatzes exakt bestimmt. Unabhängig vom Update entwickelt sich dieser Prozess in Unterräume des Konfigurationsraumes und kann zu dynamischer Defektbildung in Form einer überschüssigen Leerstelle führen. Man beobachtet zwei Phasen, wo die Defektgeschwindigkeit verschiedene Werte annimmt, welche jeweils ausgehend von der erzeugenden Funktion der Normierung exakt berechnet werden. Numerisch bestimmte Dichteprofile zeigen eine interessante algebraische Form als Grenzfall eines Schockprofils. Für kontinuierliche Zeit stellt sich heraus, dass der Prozess mit dem wohlbekannten ASEP mit einem Defektteilchen verwandt ist. Für parallele Dynamik erhält man erhält man eine neue natürliche Defektdynamik. Für die allgemeine Definition des Prozesses mit Maximalgeschwindigkeit zwei wird ausgehend von einer Analyse des Zweiteilchensektors gezeigt, dass die Abstandsverteilung der Teilchen oszillieren kann. Diese Beobachtung wird unterstrichen im thermodynamischen Limes mit Hilfe einer verbesserten Mean-Field-Theorie, welche bemerkenswert gute Übereinstimmung mit Simulationen zeigt. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt in der exakten Beschreibung von Gittermodellen mit dem Matrixproduktansatz. Mit diesem Ansatz werden schließlich Lösungen für verwandte Modelle abgeleitet. Besonders beachtenswert ist eine neue Formulierung der stationären Zustände für parallele Dynamik, wie für den ASEP mit offenen Rändern als ein Produkt eines paarfaktorisierten und eines Matrixproduktzustandes

Characterizing correlations of flow oscillations at bottlenecks

"Oscillations" occur in quite different kinds of many-particle-systems when two groups of particles with different directions of motion meet or intersect at a certain spot. We present a model of pedestrian motion that is able to reproduce oscillations with different characteristics. The Wald-Wolfowitz test and Gillis' correlated random walk are shown to hold observables that can be used to characterize different kinds of oscillations

Exakte Lösungen für getriebene Diffusionssysteme: Dynamische Defektbildung und Phasenübergänge

Zugriff auf den Volltext ist aus datenschutzrechtlichen Gründen gesperrt, neue Version unter DuEPublico-ID 31005 A totally asymmetric exclusion process on a ring is investigated in which particles can move one or two sites. Special attention is spent to the high-speed case where particles are not allowed to move a single site if they could move two sites. The stationary state is calculated exactly in the framework of the matrix-product ansatz. Independently of the update this process evolves into subspace of the configuration space and can lead to the formation of an excess hole. One observes two phases where its velocity takes different values which are calculated exactly from the normalization-generating function. Numerically computed density profiles show an interesting algebraic form as a limit of a shock profile. For continuous time the process turns out to be related to the ASEP with a single defect particle and for synchronous update it leads to a natural defect dynamics. For the general definition of the process with maximum velocity two, from an exact analysis of the two-particle sector we find that the distribution of inter-particle distance can oscillate. This is underlined in the thermodynamic limit by an improved mean-field theory which shows a remarkably good agreement with simulations. The main focus of this work is the exact solution of lattice models by matrix-product ansatz. We finally obtain stationary states also for related processes. Especially considerable is a new formulation of steady states for parallel dynamics like the ASEP with open boundaries as a product of a pair-factorized and a matrix-product state. Zugriff auf den Volltext ist aus datenschutzrechtlichen Gründen gesperrt, neue Version unter DuEPublico-ID 31005 Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im Wesentlichen mit dem vollkommen asymmetrischen Exklusionsprozess (ASEP) mit periodischen Randbedingungen. Der ASEP ist auf einem eindimensionalen Gitter definiert, auf dem jede Zelle entweder leer oder von genau einem Teilchen besetzt sein kann. In der ursprünglichen Definition können sich die Teilchen unter der Voraussetzung, dass die Zielzelle frei ist, genau um eine Zelle nach rechts bewegen. Hier betrachten wir die Möglichkeit, eine oder zwei Zellen zu hüpfen. Sowohl zufällig-sequentielle als auch parallele Dynamik werden behandelt. Besonderes Interesse gilt dem Hochgeschwindigkeitsfall, in dem sich die Teilchen wenn möglich immer zwei Zellen vorwärts bewegen. Der stationäre Zustand wird mit Hilfe des Matrixproduktansatzes exakt bestimmt. Unabhängig vom Update entwickelt sich dieser Prozess in Unterräume des Konfigurationsraumes und kann zu dynamischer Defektbildung in Form einer überschüssigen Leerstelle führen. Man beobachtet zwei Phasen, wo die Defektgeschwindigkeit verschiedene Werte annimmt, welche jeweils ausgehend von der erzeugenden Funktion der Normierung exakt berechnet werden. Numerisch bestimmte Dichteprofile zeigen eine interessante algebraische Form als Grenzfall eines Schockprofils. Für kontinuierliche Zeit stellt sich heraus, dass der Prozess mit dem wohlbekannten ASEP mit einem Defektteilchen verwandt ist. Für parallele Dynamik erhält man erhält man eine neue natürliche Defektdynamik. Für die allgemeine Definition des Prozesses mit Maximalgeschwindigkeit zwei wird ausgehend von einer Analyse des Zweiteilchensektors gezeigt, dass die Abstandsverteilung der Teilchen oszillieren kann. Diese Beobachtung wird unterstrichen im thermodynamischen Limes mit Hilfe einer verbesserten Mean-Field-Theorie, welche bemerkenswert gute Übereinstimmung mit Simulationen zeigt. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt in der exakten Beschreibung von Gittermodellen mit dem Matrixproduktansatz. Mit diesem Ansatz werden schließlich Lösungen für verwandte Modelle abgeleitet. Besonders beachtenswert ist eine neue Formulierung der stationären Zustände für parallele Dynamik, wie für den ASEP mit offenen Rändern als ein Produkt eines paarfaktorisierten und eines Matrixproduktzustandes. </p

Multikriterielles Verfahren und Vorrichtung zur verkehrsabhängigen Freigabezeitbemessung an Lichtsignalanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Freigabezeitbemessung bei einer verkehrsabhängig steuerbaren Lichtsignalanlage (1) an einem Verkehrsknoten (4) mit mindestens zwei Zuflüssen (5) von Fahrzeugen (50), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen von Fahrzeugen (50) jeweils während einer Freigabephase (104) mittels jeweils einem Detektorfeld (3-1) an den Zuflüssen (5) des Verkehrsknotens (4), Bestimmen einer Zeitlücke (107) zwischen zwei aufeinanderfolgend erfassten Fahrzeugen (50) mittels einer Auswerte- und Steuereinrichtung (7), Vergleichen der bestimmten Zeitlücke (107) mit einem vorgegebenen Zeitlückengrenzwert (108) mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung (7), Anpassen einer Dauer der Freigabephase (104) in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung (7), wobei jeweils während der Freigabephasen (104) eine Geschwindigkeit der Fahrzeuge (50) an dem jeweiligen Zufluss (5) bestimmt wird und wobei auf Grundlage der bestimmten Geschwindigkeit mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung (7) eine Auswahl zwischen dem Detektorfeld (3-1) und mindestens einem weiteren Detektorfeld (3-2 bis 3-n) an dem entsprechendem Zufluss (5) getroffen wird, so dass die Zeitlücke (107) jeweils mittels dem für den Zufluss (5) ausgewählten Detektorfeld (3-1 bis 3-n) erfasst und bestimmt wird

A Multi-attributes Optimization Model and in Traffic Control Optimization

The measures of effectiveness (MOEs) which to evaluate the performance of traffic control strategy are from different point of views, for instance, the decrease of delay can save time, the decrease of stops can save in vehicle’s wear and tear, the decrease of the fuel con-sumption can save fuel, and the decrease of emissions can protect the environment against pollution. But to the best of my knowledge, not all MOEs are in correlation relationship. So the problem to evaluate the strategies which takes into consideration multi MoEs is discussed in this paper. And since the evaluation criterion could also be the control objective which can determine the optimization result, the issue is also the multi-objective optimization problem. This paper addresses the issue by a new multi-attributes optimization model, Co-sine&Distance Model, which considers two dimensions: the direction and the length. The di-rection’s quality is reflected by the cosine value between individual one and ideal one, the length’s quality is reflected by the ratio of lengths of individual one and ideal one. A simulat-ed case shows the best control plan selected by the proposed model performs well

Do sparsely populated rural areas have the potential for the use of electric vehicles?

After a hundred years of developing combustion engines for cars, electric mobility is on the horizon of reaching a technological turning point in the history of the mobility sector. The gear’s electrification is a key element in sustainable mobility. The dependence on oil will be reduced and emissions will be minimized. Therefore, on May the 3rd 2013 the National Platform for Electric Mobility (NPE) was launched in Berlin, by the Federal Chancellor in order to boost electric mobility in Germany and accelerate the commercialization of innovative electric vehicles. By 2020, one million electric cars shall be driving in Germany. Demonstration activities, fleet trials and pilot operations are performed in various cities around the world. However, do sparsely populated, rural areas also have the potential for the use of electric vehicles? In applying the example of Germany, this study recorded the current situation of households and their needs concerning mobility in small towns and rural regions. These mobility requirements were compared with the capabilities of electric vehicles. Furthermore, the following questions were answered: How many people live in rural areas? How is the age structure? What is the modal split? Which patterns of commuting can be identified? Do the licensed driver’s quota, the level of motorization and the availability of private parking differ from the urban space? Finally, do these factors facilitate or impede the use of electric vehicles in small towns and rural areas? These considerations were followed by the development of possible sale scenarios, which are based on the cost structure and range of electric vehicles on the one hand, and conventional vehicles with combustion engine on the other hand. Finally, the potential use of electric vehicles in small towns and rural areas is assessed, as well as its contribution to the objective of the federal government to have one million electric vehicles on Germany’s streets by 2020

Sustainable transport development in mega cities by transferring new mobility concepts to developing countries

New mobility concepts are solutions in cities to limit and reduce individual car traffic. Can those concepts be transferred into developing and emerging countries? The focus of the investigation is on carsharing with a special emphasis on the role of e-mobility. As study area Jiading, a district of the mega city Shanghai is carried out. The investigation includes an empirical study, which analysis the willingness and acceptance of new mobility concepts as well as e-mobility. The impact evaluation regarding traffic and environment is conducted in the form of scenario analysis using a traffic simulation tool – SUMO (Simulation of Urban Mobility)

COLOMBO Deliverable 4.3: Pollutant Emission Models and Optimisation

The first part of this document is dedicated to descriptions of work performed on the PHEMlight emission model after the delivery of D4.2. The major outcome are in-depth comparisons of the applicability of both models as well as of the results they deliver. It is emphasized that PHEMlight’s improved capability to model a coasting / motoring behaviour properly makes it a better choice for subsequent work on emission reduction. The optimisation of traffic in means of reducing its environmental impact is described in subsequent parts of the document. At first, driver-centric approaches (ecological driving) are presented. This starts with investigations on the optimal “atomic” cruising and acceleration/deceleration behaviour. Subsequently, these values are used to evaluate different approaches for an emission-optimal driver behaviour at traffic lights. The evaluation uses two approaches developed within COLOMBO and puts them against work known from literature on GLOSA systems. Then, the macroscopic view on emission reduction is given, targeting on how traffic lights – synchronised or standalone – should be designed to reduce the amount of pollutants produced on the controlled roads. The presented results are based on real-world measurements of traffic at the Wiener Straße located in Graz. They will be subsequently used for a guidance on designing emission-friendly traffic light systems