考虑行车状态的一维元胞自动机交通流模型.pdf

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1、第54卷第6期2005年6月物　理　学　报Vol.54,No.6,June,2005100023290P2005P54(06)P2595205ACTAPHYSICASINICAn2005Chin.Phys.Soc.考虑行车状态的一维元胞自动机交通流模型花　伟　林柏梁(北京交通大学交通运输智能技术和系统教育部重点实验室,北京　100044)(2004年6月28日收到;2004年10月19日收到修改稿)　　在NagelSchrekenberg单车道元胞自动机交通流模型(简称NS模型)的基础上,考虑车辆之间的相对运动薛郁等提出了一种改进的单车道元胞自动机交通流模型(简称改进的NS模型).通过两种情

2、况列出了改进的NS模型存在不尽周严的地方,随之在新模型中引入了行车状态变量和反馈规则,从而控制车辆出现倒车和刹车过急等现象.通过计算机对新模型进行模拟,发现减速概率和车流密度对车流状态的演化影响很大,当减速概率高(如道路条件差)时,即使车流密度低,车流也会出现局部堵塞状态;而当减速概率一定时,随着车流密度增加,车流的运动相与堵塞相发生了全局性的交替出现,此时类似于波的波峰和波谷的传播.与改进的NS模型相比较,新模型模拟的车流量较高,说明新模型减少了车流的总体停滞状态.关键词:交通流,元胞自动机,行车状态,反馈规则PACC:0550化规则,与NS模型相比,改进的NS模型与实测数[4]11引言据

3、符合度更好.但改进的NS模型还不尽周严和合理,经分析,主要是没有考虑车辆的行车状态,作者对交通流特性的研究一直都是交通领域及有关在改进的NS模型的基础上提出了考虑行车状态的专家学者重点研究的问题,它涉及到路网规划、流量一维元胞自动机交通流模型,并加入了一条新规则2分配,以及道路能力设计与控制、红绿灯绿信控制等反馈规则.本文首先在第二部分以两种情况给出改众多交通问题.近年来越来越多的学者利用元胞自进的NS模型可能存在的问题;第三部分给出修正动机模型及理论对交通流特性进行研究和模拟,并后的一维元胞自动机交通流模型;第四部分通过计[1—6]算机模拟得到修正后的结果,并加以分析;最后对全取得了一系列

4、的研究成果.元胞自动机模型从计算机创始人、著名数学家Neumann在60年代提出文做出总结.[7]构想,到Wolfram设计的第184号规则元胞自动机[8]21改进的NS模型及存在问题交通流模型,再作为第184号规则的推广,又先后[9]提出了FI元胞自动机交通流模型和NS元胞自动[10][11]改进的NS模型通过引入相对运动量ΔXi+1(t)机交通流模型以及二维的BML元胞自动机交对NS模型进行了修改,以Xi(t)表示第i个车辆在通流模型.虽然元胞自动机的理论与模型日趋完善,t时刻的位置;Vi(t)表示第i个车辆在t时刻的速但限于交通流的复杂性和随机性,元胞自动机的研究工作一直还在进行着度,

5、Vmax表示系统设定的最大速度;gapi(t)表示第i,甚至对一维元胞自动机交通流模型的研究.Nagel,Schrekenberg应用元胞自动个车辆在t时刻与前方紧邻车辆的间距,gapi(t)=机理论对高速公路的一维交通流进行了较深入的研Xi+1(t)-Xi(t)-1;Pnoise表示车辆具有的减速概究,但是,NS模型没有考虑前后车辆的相对运动,即率;ΔXi+1(t)表示第i+1个车辆t+1时刻与t时t+1时刻i元胞的运动速度只与t时刻i元胞与i刻的位移量,因为时间间隔为单位时间,所以位移量+1元胞间的距离有关,而与t+1时刻i+1元胞的就等于第i+1个车辆t+1时刻的速度,ΔXi+1(t)

6、移动量无关.薛郁等在NS模型基础上考虑了前后=Xi+1(t+1)-Xi+1(t)=Vi+1(t+1).同样,改进的车辆的相对运动,并给出了新的一维元胞自动机演NS模型将初始速度分布为0—Vmax的N个车辆随机2596物　　理　　学　　报54卷地分布在长度为L的一维离散的格点链上,并在考(1)确定所有车辆i在t+1时刻的速度分布:虑周期边界条件下,给出间距的确定规则如下:IF(Vi(t)≥gapi(t)+ΔXi+1(t)):gapi(t)+ΔXi+1(t)-1,以概率pnoiseVi(t+1)=(跟车P减速规则),gapi(t)+ΔXi+1(t),其他ELSEIF(Vi(t)

7、t),以概率pnoiseVi(t+1)=(加速规则),Vi(t)+1,其他ELSEIF(Vi(t)=Vmax且Vi(t)