多路段元胞自动机交通流模型

作者:梁经韵;张莉莉;栾悉道;郭金林;老松杨;谢毓湘; 刊名:物理学报 上传者:尤妮娅

【摘要】在经典单路段元胞自动机交通流模型的基础上,将多个路段视为一个道路系统,提出并研究了多路段条件下的交通流问题.针对多路段道路的特点,通过引入车辆流入规则、路口随机慢化规则和路口车辆流入规则,控制车辆从上一路段流入下一路段.首先提出了"汽车池"的概念,来控制每一路口车辆的流入;然后通过路口随机慢化,来模拟路口对交通的影响;最后,当车辆离开时,依直行率进入下一路段,实现车流的继续流动.同时,通过数值模拟,仿真了不同条件下的交通情况,对重要参数进行了研究.结果表明,出现了混合流这一新的现象,拥堵地段与非拥堵地段间存在明显的界限.拥堵往往最先从路口开始,然后蔓延到整个路段.多路段道路还存在临界突变的特性.随着车辆流入概率的增大,路口对平均速度和车流密度的影响愈加明显.当流入概率超过一定阈值时,车辆缓慢地增加也会引起整体道路通行能力的迅速下降.

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物 理 学 报 Acta Phys.Sin. Vo1.66,No.19(2017) 194501 多路段元胞 自动机交通流模型术 梁经韵 ) 张莉莉 ) 栾悉道2)十 郭金林 ) 老松杨 ) 谢毓湘 ) 1)(国防科学技术大学信息系统与管理学院,长沙 410072) 2)(长沙学院计算机工程与应用数学学院,长沙 410022) (2017年 5月 27日收到;2017年 8月18日收到修改稿 ) 在经典单路段元胞 自动机交通流模型的基础上,将多个路段视为一个道路系统,提出并研究了多路段条 件 下的交通流 问题.针对多路段道路的特点,通过引入车辆流入规则、路 口随机慢化规则和路 口车辆流入规 则,控制车辆从上一路段流入下一路段.首先提出了“汽车池 ”的概念,来控制每一路 口车辆的流入;然后通过 路 口随机慢化,来模拟路 口对交通的影响;最后,当车辆离开时,依直行率进入下一路段,实现车流的继续流 动.同时,通过数值模拟,仿真 了不 同条件下的交通情况,对重要参数进行 了研 究.结果表明,出现了混合流 这一新的现象,拥堵地段与非拥堵地段间存在明显的界限.拥堵往往最先从路 口开始,然后蔓延到整个路段. 多路段道路还存在临界突变的特性.随着车辆流入概率的增大,路 口对平均速度和车流密度的影响愈加明显. 当流入概率超过一定阈值时,车辆缓慢地增加也会引起整体道路通行能力的迅速下降. 关键词:多路段,交通流,元胞 自动机,微观仿真 PACS:45.70.Vn.89.40.一a DOI:10.7498/aps.66.194501 1 引 言 21世纪,机动车 己成为主要的道 路交通 工具, 交通 问题也成为衡量城市发展的一个重要因素 【1】| 交通流 的非线性 、复杂性和离散性使得物理学、数 学等多学科的研究者投入交通流 问题 的研究 [1-32]. 元胞 自动机具有 时间离散化 、空 间离散化 、相互作 用 的局域化和动力学演化同步性等特点,与交通流 问题的特性相符合,且规则简单、灵活可调 、便于程 序仿真,因此在交通流 问题 的研 究中得到 了广泛应 用 【7—3 21. NaSch模型 [13]是由Nagel和 Schreckenberg在 1992年 最先提 出的.模 型制 定 了车辆 的加速、减 速 、随机 延迟和车辆位置更新等 4条演化规则,为 交通 流 问题 的研 究打 下了基础.1996年,Fukui和 Ishibashi[141提出了FI模型,考虑了车辆的迅速加 速,是交通流研 究中的另一重要模型.基于 NaSch 模型,人们提出了许多改进模型 【7—3 ,用于研究交 通流 的性质和解决不同条件下的交通流 问题.2000 年,王雷等 【15】调整了后车 的随机减速规则,提 出了 WWH模型.2003年,考虑到驾驶员的不确定性敏 感预期行为 ,雷丽等 将随机延迟置于确定性减 速之前,提 出了敏感 驾驶模 型.彭莉娟和康瑞 [17] 融合 了NaSch模 型和 FI模 型,将 驾驶员分为激进 型、中立型和保守型三类,提 出Driver—SDNaSch模 型.2014年,张柠溪等 【18J提出考虑动态车 间距的 车辆演 化规则,改进 了单车道 的元胞 自动机 交通 流模型,Maria等 [19]提出了安全驾驶条件下的改 进模 型.2016年,Chen和 Wang[20】考虑 了非机动 车辆对整体交通的影响,Zhao等 【21]对行人横 穿街 道 的影响进行 了建模,邱小平等 [22,2a】考虑 了车辆 之 间的安全距离,进一步发展了交通流模 型.201

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