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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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W.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U-321.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[7一32]. NaSch模型[131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,Fukm和IshibashiM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[16]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M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_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M提出了安全驾驶条件下的改进模型.2016年,Chen和Wang_考虑了非机动车辆对整体交通的影响,Zhao等%对行人横穿街道的影响进行了建模,邱小平等[22,231考虑了车辆之间的安全距离,进一步发展了交通流模型.2017年,Bouadi等丨241对NaSch模型中的再进入现象进行了理论分析和解释. B前的研宄主要寒中在摩段的道路上?然而,在'真实的交通中,情况却竟加复崇.不歸道路相互交信、f|亙議晌,祕难找到一条孤立的遣路. 际出行中,为了到达麵的地,往往要烃过多个路段.要提高整体的通行能力,X才多路段的研究也迫在眉睫.多路段橇型聋指餘合研宄多个路段的交通流模_,且路段之_春在路口,不同路段可能有不同'的路段长度,车道数、最高速度等有关参数.如图1所示,箭头代表车流方向,上一路段,s_的率辆可能会流入下一路段S+1,也寶1T能离开系统;下一路段的车辆包摄上一路段鼠A_牟辆和新进入6t.申辆.本文对单路段模型进行了调整和改进,首次提&并研究了多路段道路问题. 多路段模纖的难点在于处理不同路段牟:流.之间的关系.在基于安全距离的交通流模型的基础 本文弓丨入了车辆流入规则、路口随机慢化规则和路口丰辆流入姻则,提,出将不同路段p联起乘使上一路段的车辆能够“減入”下一路段,膂到了多路段元胞倉动机模SiH时,为了更好地了解参路段模型的性质,针对关键的参数如车流流入概傘,路口最大速度和路口随机爾化概寧等进行了柑关实验,分析了时空睛和车雒密虞等相关指标的变化规律,本文提出的多路段模型,可作为多路段遣路.處儘的一个墨本編紙.逋过该遍躲可就.辂3詹的単路段模型很好地迁移到多路段模麗中来,从而更好地分析多路段条件下的交通变化规律.. 2多路段交通流模型 2.1基本的单路段模型 筚路段模型暴指研究某一駔立路段的交通流穰在这一路段上,车道数、最高速度等有关参数视为相同,经典的单路段模遵包栝模越丨气FI模型丨14!,WWH,模型等丨15!..本文的单路段構塑主龔譯于SaSdi.構型,并考權fGip.ps:鸯全距离[22^3-蒽此外,针对多路段模-型特点,?引入了车辆流入规则. Sa&h棋麵悬一个基于元胞篇場机的筚.率道.

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