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1、第卷第期系统工程理论方法应用年!!俐一’!」〔!们交通系统的元胞自动机模型顾国庆范炳全许伯铭,,华东工业大学系统科学与系统工程学院香港中文大学物理系香港新界【摘要】本文在二维非均匀点阵上用元胞自动机模型对交通系统进行模拟点阵由性质不同的两类格点组成,因而可、、,以容纳收费站道路中断立交桥等多种因素使本模型较接近实际的交通系统。模拟,上述因素对交通系统的宏观性质有相当复杂的影
2、响。例如,结果表明在含立交桥的交通系,统的相图上相分界线并不是一条单调上升的线关健词元胞自动机交通系统系统演化引言交通系统的研究是当前系统科学领域内一个受到广泛重视的问题。交通问题的研究成果有助于我们科学地规划市政建设,充分有效地利用道路资源因此,交通系统的研究与加速城市建设,提高现有城市的社会经济效益,以及最大限度地缓解交通拥挤等公众关心的问题有着直接的关系用元胞自动机模型模拟复杂系统的演变行为有很多成功的经验,这自然地启发人们用它,,心来模拟交通问题年
3、诵和在一个二维点阵上模拟城市,,,交通简记为模型】他们发现随着车辆密度的上升系统会发生一个相变在相变点下系统的终态是车辆皆可行驶的运动相而在相变点以上,是车辆都被堵住的阻塞相而,毗别等人的工作得到了理论工作者的重视此后不断有用元胞自动机模型模拟交通问题的论文发表一’,在中有一的方形点阵洲是点阵的边长每个格点可以有一辆由南向北行驶的,或者有一辆由东向西行驶的车辆,或者没有车辆占据在每,车辆一奇数时间步南北
4、方向行一个格点同样,一偶数时,驶的车辆可以向前行驶在每间步东西方向行驶的车辆可以向前一个格点,口,行驶其作用相当于红绿灯由它控制路的交通但是如果车辆前面的格点已为其他车辆占据,,不能向前行驶那么这辆车只能在原来的格点上等候南北方向行驶的,它等于南北方向行驶的车辆总数与格点数之比同样,东西方向行驶的车辆车辆密度是几,,在几在理论研究中通常采用周期性边界条件目的是为密度是模型中取几了尽量减少边界效应对系统的影响定义平均速度为运动的车辆总数包括阳寸刻和一咋模拟开
5、始时,随机地在点阵上布列车辆然后,以上时刻作运动的车辆与车辆总数之比述规则运转系统并收集有关的数据系统运行一段时间后会进人渐近态此时,该样本的模拟即可终止本文于年月日收到交通系统的元胞自动机模型一一模型和方法本文的研究也采用模型的有关规则,不同之处是我们在,一非均匀点阵上进行模拟目的是为了研究车辆抛锚、道路中断、收费站、立交桥、道路等级差异等多种因素对城市交通的影响。为此,我们在点阵中以某种方式布列、两种性质不同的格点。类格点的浓,。,度是尽类格
6、点的浓度为与二一。类格点只能由一辆车占据车辆在类格点上的滞留时间是类格点性质的不同,。几根枷我们区分以下几种子模型。子模型车辆类格点上的滞留时间勺二二引进这一子模型是为了模拟因交通事故枷等原因使车辆抛锚在公路上。既然车辆不能通过类格点,它也可以反映因市政工程引起的道路交通中断。另外,在方形点阵中适当地布列类格点,可以较方便地把原来的二维方点阵转变为实际城市的道路交通网络。子模型类格点上车辆的滞留时间与类格点上车辆的滞留时间之比为。、,三,,‘,城市中各个路段的等级质
7、量的不同会影响车流速度车辆通过收费站则会,。,滞留一段时间选择适当的时间标度比就能模拟上述因素对城市交通的影响当肠几时本模型就回到模型。子模型类格点上可以同时有一辆南北方向行驶的车辆和一辆东西方向行驶的车辆,。二几它可以模拟立交桥的分布对城市交通的影响并且几我们采用紧邻相互作用的元胞自动机进行模拟。模型最为简单,可以采用四态的元胞自。,动机态为月类格点其余为类格点态车辆态有一南北方向行驶的车辆态有一东西。,,方向行驶的车辆模型可用七态的元胞自动机
8、进行模拟态一态表示类格点态一态。·表类格点模型的模拟最为困难勺几二时就需要采用八态的元胞自动机剥过多地使用条件语句容易出错从元胞自动机的演变函数人手,则能避免这一困难。上述模型的元胞自动机都具有三变量的演变函数,而且可以把它拆成两个变换矩阵。其方法是,,,、,,,,一二一,,,,‘况【叹况况,,,,,,,一,‘一,‘,‘了‘,,‘尽石叹尽乓况叹,、、。,‘时第列格点的状态,是时刻行约汽凡是变换矩阵我
