交通流元胞自动机模型综述

随着交通流模拟的需要及智能交通系统的发展,出现了基于元胞自动机理论的交通流模型。交通流元胞自动机模型由一系列车辆运动应遵守的运动规则和交通规则组成,并且包含驾驶行为、外界干扰等随机变化规则。文章介绍了交通流元胞自动机模型的产生与发展,总结和评述了国内外各种元胞自动机模型,并对元胞自动机模型的发展提出展望。     

具有交警的二维元胞自动机交通流模型

提出由交警控制路口的交通流的元胞自动机模型。模拟结果表明，有交警的模型与无交警的模型具有一些定性的区别。在有交警的模型中，自由运动相消失，一级相变特征消失，堵塞相大幅度向高密度端移动，交通性态显改善，系统的性质对系统尺寸和样本都不敏感。     

城市路网交通流元胞自动机模型研究

研究城市路网交通流的动态特性,揭示交通拥堵、环境污染和交通事故的产生原因和规律,能为城市交通问题的解决提供理论依据.元胞自动机模型是研究城市路网交通流动态特性的一个有效工具,能够再现许多重要的交通流特征.从路段模型、交叉口模型和路网模型3个方面总结和评述了国内外各种典型交通流元胞自动机模型.在现有模型的基础上,通过对车辆起讫点分布、路径选择行为、双向通行多车道路段车辆换道规则、不同控制交叉口的车辆更新规则以及网络拓扑结构等方面进行改进,可以提高元胞自动机模型在城市路网交通流仿真中的真实性.     

基于交通流元胞自动机模型的车辆当量换算

将一维元胞自动机模型用于模拟周期性边界条件下高速公路的车流运动,用随机慢化FI模型对一定交通环境下车流的车速与密度之间的关系进行仿真分析。探讨了不同车型和车速对道路最大流量(最大通行能力)的影响。依据不同车型在同一道路上的不同通行能力,提出了一种不同车型车辆之间当量换算系数的确定方法。在模拟仿真过程中,考虑不同类型车辆的最大行驶速度及所占空间不同,仿真模型具有不同的参数。通过计算机模拟,得到不同车型的交通流基本图,根据相同道路条件下的最大流量值,给出了以通行能力作为基准时当量换算系数的计算公式。     

基于元胞自动机的拖挂车弯道转弯模型及仿真

根据拖挂车在弯道行驶的受力情况,推导出在车辆正常行驶和发生甩尾情况下车轮的行驶轨迹;并设计了状态感知向量及分量取值条件,以便驾驶员能对当前交通状况和外界环境的感知作出相应地加速、减速和转向等决策;在此基础上建立了基于元胞自动机的重型拖挂车弯道转弯模型。设计了一组特定环境下转弯路段的交通流仿真实验,仿真结果表明该模型能够对存在拖挂车较多的弯道设计参数进行检验和修正的有效性和可行性。     

考虑频繁换道倾向的交通流元胞自动机模型

为揭示频繁换道对交通流的影响,构建一种考虑频繁换道倾向的元胞自动机模型.对NGSIM车辆轨迹数据进行提取、统计分析,研究车辆速度、车头间距对车辆换道倾向的影响;改进换道概率函数刻画上述影响,并定义驾驶行为倾向函数表征频繁换道对目标车道紧邻后车的影响,构建考虑频繁换道倾向的双车道元胞自动机STCA-FLC模型.结果表明:...     

基于元胞自动机交通流模型的车辆换道规则

将元胞自动机模型应用于周期性边界条件下的高速公路交通的换道规则模拟,并对不同条件下交通流的平均速度和流量进行仿真.基于驾驶员的性格差异,提出了更灵活的弹性换道规则,并探讨了不同换道规则对交通流流量等参数的影响.在计算机仿真过程中,通过变换交通流密度,得出了与不同换道规则对应的交通流基本图.结果表明:相对于以前的模型,遵循2种新规则的模型均可不同程度地改善道路的通行能力,提高道路资源的利用效能;从安全性角度进行对比分析,可得出较优的换道规则.     

无灯控行人过街元胞自动机交通模型研究

以无灯控行人过街对交通流影响为分析目标,在综合考虑行人穿越行为及车辆行为的基础上,建立了相应的行人及车辆元胞自动机模型规则,尤其是在模型中提出了行人等待区的概念及基于等待区内有无行人的车辆行为规则。以上述模型为基础,通过对不同行人产生概率及速度快的行人比例情况时路段交通流演化趋势进行了仿真。     

短连线信号交叉口的元胞自动机模型

提出了短连线交叉口元胞自动机交通流模型.采用开放性边界条件,模拟了短连线交叉口的交通流.研究了交通信号灯控制下短连线交叉口的交通流特性.分析了相位差、连线长度、信号周期、产生概率、消失概率对交通流的影响.结果表明:相对于长连线交叉口来说,短连线交叉口交通流量不仅决定于上游交叉口的通行能力,而且与连线长度、信号周期和相位差相关;连线长度确定时,存在使主干道和支线交通流量达到最大的最佳相位差;随着连线长度的增大,相位差对主干道和支线交通流的影响逐渐减弱;在最佳相位差时,信号周期长度对交通流量无明显影响.     

基于快慢车辆主动换道特性的双车道元胞自动机模型研究

针对现实中车辆的主动换道的交通现象，在典型的对称双车道元胞自动机（STCA）模型的基础上，分别考虑快车和慢车不同的主动换道行为，建立了一种新的对称双车道元胞自动机模型，并对该模型进行了数值模拟。由于快慢车辆主动换道特性的引入，有效地抑制了2种慢车堵塞的形成，增加了混合交通流中间密度区域的流量。模拟结果显示，新模型中车流的相分离受慢车影响较小，符合Knospe提出的换道原则；局部密度区域的车辆换道率的增加使堵塞难以长时间存在，提高了道路的通行能力。     

基于元胞自动机(CA)的自行车流建模及仿真

为研究城市复杂的混合交通，通过分析自行车的行驶特性，建立了包括元胞尺寸、速度、状态空间及属性、元胞的邻域与局部元胞演变规则的单向自行车二维CA模型。理论分析和数字仿真表明，该模型不仅能灵活有效地描述自行车流，而且其速度-密度特性和最大通行能力的数值范围均符合实际或经验数值。利用该模型还分析并仿真了车道数对单车道自行车通行能力的影响：随着车道宽度的增加，单车道通行能力随之增加，但幅度呈递减趋势，且车道数增长到一定时，通行能力不再继续增长。     

基于元胞自动机的行人流楼道疏散仿真研究

根据行人运动的实际特点,提出了一种概率型元胞自动机疏散模型,对某教学楼层楼道疏散过程进行了模拟仿真,研究了楼道宽度对疏散过程的影响,多次仿真结果表明,该模型能够较好地再现行人疏散过程;楼道宽度对疏散过程有较大的影响,但随着楼道宽度的增大,对疏散时间的影响越来越小。     

基于元胞自动机的强制换道模型研究

介绍了元胞自动机的原理及其在换道模型建立中的应用。用模糊控制原理模拟车道变换过程中的判断过程,分析现有的模糊控制强制换道模型的不足之处,考虑到实际交通情况的多样性,提出了更为细致的基于元胞自动机的强制换道模型,并验证了新模型更能符合现实情形。     

考虑时空分布特征的混合自行车流元胞自动机模型仿真方法

针对非机动车交通流中传统元胞自动机模型主观定义时空参数,粗略划分自行车虚拟车道,导致仿真精度偏差的问题,构建了精细元胞自动机模型。基于NaSch模型的更新规则,考虑二维空间内异质自行车间的错位冲突及动态换道行为特征,细化了模型网格密度及模拟时间步长。产生换道需求的自行车可以换至满足安全侧向换道条件及前行需求条件的横向位置,随后综合考虑各位置前向及侧向间隙选取最优的目标位置执行换道。在周期边界条件下,量化时空参数取值对混合自行车交通流仿真结果的影响。在镇江市正东路开展观测实验,并基于实测数据获得轨迹时空图,在宏观与微观层面验证模型的可靠性。结果表明：网格密度及时间步长取值对仿真流量影响显著,仿真流量与纵向网格密度呈正相关,与横向网格密度呈负相关,而全局网格密度的影响反映了横向与纵向网格密度的复合效应;当道路占有率为0.1时,仿真流量几乎不受时间步长的影响,而当道路占有率为0.3,0.5和0.7时,仿真流量随着时间步长的增大先增加后减小;自行车适度换道可以提高道路通行能力,但换道过于频繁则会导致交通拥堵,不同道路占有率条件下的轨迹时空特征存在明显差异,自行车流越密集,走停现象越显著;当全局网格密度为5,时间步长为0.5 s时,模拟与实测的交通流量平均绝对百分比误差为14.84%,此时拟合效果最优。     

考虑实际运行状态的交通流演化过程数值模拟

针对VDR模型中慢启动规则存在不尽周严的地方并考虑车辆的相对运动情况,提出了考虑车流实际运行状态的一维元胞自动机模型。数值模拟表明,新模型能更好地描述实际车流的运行状态,并达到更高的路段平均速度和流量,而且避免了VDR模型中的不合理停车,使车辆在路段上分布更加均匀。