基于换道决策机理的多车道元胞自动机模型

在探索机动车驾驶换道决策机理,分析影响驾驶员换道决策内外因子的基础上,提出了以内部因子为决策变量,外部因子为约束条件的机动车多车道换道模型,并将其引入一维改进舒适驾驶元胞自动机模型,形成基于换道决策机理的多车道元胞自动机模型.不同V/C条件下该元胞自动机模型的运行分析表明：换道驾驶行为会导致自身及周边车辆的加减速、匀速、怠速等运行工况发生变化;不同的内外因子导致车流平均换道次数不同,车流平均速度的波动规律也不同.本文提出的多车道换道模型描述决策机理清晰,能同时描述多个内外因子的共同作用,具有很好的适应性与扩展性.     

多车道元胞自动机换道决策模型的冲突处理策略

换道模型是多车道元胞自动机交通流模型的核心子模块之一,在分析现实中驾驶员执行换道时处理车辆冲突过程的基础上,依据其蕴含的不同换道驾驶行为特征把驾驶员采取的换道冲突策略划分为保守型、机敏型与激进型3 类,并通过进一步优化车辆状态更新算法,提出了换道冲突处理多策略,车辆状态更新次序随机的多车道换道模型.运行模型获得不同空间占有率条件下,驾驶员分别采取保守、机敏或激进策略时所产生的换道动机次数和换道成功次数.通过数据分析发现：在特定空间占有率区间,不同换道冲突处理策略将引起较显著换道动机概率差异与换道成功概率差异.     

多车道元胞自动机换道决策模型的冲突处理策略

换道模型是多车道元胞自动机交通流模型的核心子模块之一,在分析现实中驾驶员执行换道时处理车辆冲突过程的基础上,依据其蕴含的不同换道驾驶行为特征把驾驶员采取的换道冲突策略划分为保守型、机敏型与激进型3 类,并通过进一步优化车辆状态更新算法,提出了换道冲突处理多策略,车辆状态更新次序随机的多车道换道模型.运行模型获得不同空间占有率条件下,驾驶员分别采取保守、机敏或激进策略时所产生的换道动机次数和换道成功次数.通过数据分析发现：在特定空间占有率区间,不同换道冲突处理策略将引起较显著换道动机概率差异与换道成功概率差异.     

基于换道概率分布的多车道交织区元胞自动机模型

交织区是快速路系统的重要组成部分,由于车辆频繁换道、相互作用复杂,容易造成交通瓶颈。本文提取城市多车道交织区时间分辨率为0.1 s、空间分辨率为0.1 m·px-1的高精度车辆轨迹,分析交织区及相邻路段的交通流和车辆行为特性,提出分区元胞自动机模型。在上游和下游换道模型中,建立基于速度差、车辆间距的换道动机规则、间距规则及Logistic换道概率规则。对于交织影响区,建立考虑速度、间距及路径转换需求的换道动机规则,根据安全风险构建换道时机的多步决策规则,提出基于换道频率Gaussian分布模型的换道概率规则,并对主要参数进行灵敏度仿真测试分析,模型具备评估交织区不同换道状态的实际应用潜力。仿真与实测显示,本文模型流量、速度、密度及换道分布等特性与实际相符,能有效反映车辆在不同位置的换道需求与强度差异性,刻画多车道交织区复杂的换道行为。     

元胞自动机交通流模型研究现状

交通流理论研究是以建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型,从而揭示交通流的基本规律。在非线性科学和复杂性科学的推动下,元胞自动机模型成为研究交通流的一种新的交通流动力学模型。介绍元胞自动机交通流模型的产生与发展,分析用于道路交通、城市路网和轨道交通中的几种经典的元胞自动机交通流模型,并对今后可能的研究趋势进行展望。     

冰雪条件下的交通流元胞自动机模型

利用元胞自动机,建立了冰雪条件下城市道路单车道和双车道交通流微观模型.针对冰雪条件下驾驶员出于安全考虑降低车速、保持较大车间距的现象,细化了元胞尺寸,引入反映不同冰雪条件的速度因子参数和间距因子参数.通过数值模拟,得出了正常天气和冰雪天气下的车辆速度、密度、流量间的关系曲线,并分析了不同冰雪条件对交通流的影响.研究发现,中雪条件下的车速波动程度及范围最大;基本图显示冰雪条件对于临界密度、最大流量等参数影响较大;冰雪条件下的亚稳回滞现象不明显,未出现换道频率局部最大值.     

考虑驾驶愤怒的元胞自动机交通流模型

驾驶员在愤怒时的驾驶行为表现与正常驾驶时存在较大的差异,这些行为差异会影响车辆的运行速度、运行轨迹等,进而对道路交通流产生影响.文中在NaSch元胞自动机交通流模型的基础上,考虑愤怒驾驶行为的特点,从运行速度、换道条件和安全距离3个方面重新确定元胞更新规则,构建考虑驾驶愤怒情绪的周期边界条件下双车道元胞自动机交通流模型.在MATLAB环境下,对所建模型与普通NaSch交通流模型进行对比仿真分析.结果表明,驾驶愤怒所引起的行驶速度变化对交通流影响明显.     

基于爬坡换道的驾驶特性分析

道路网中存在着许多坡道路段,在进行驾驶特性分析时,人们通常将注意力放在下坡路段而忽略了爬坡路段的安全性研究。同时,在爬坡过程中,对通行能力影响最大的是货车,针对这一现象,引入交通流元胞自动机模型,利用爬坡路段纵坡度对其进行改进,选择谨慎型与激进型两种驾驶员分析其换道行为的差异性,建立了一种基于爬坡换道的交通流元胞自动机模型,并分析纵坡度对货车行驶速度的影响以及两种驾驶员爬坡换道的特性。仿真结果表明:坡道纵坡度对货车的速度有显著影响,同时两类驾驶员根据道路状况选择主动换道,若主导换道的驾驶员占比较高,就能显著提高道路的通行能力。     

基于元胞自动机的高速公路临时瓶颈交通流仿真

为研究强制换道及冲突点分布对高速公路临时瓶颈交通流的影响,在NS(NaSch)模型和STCA(symmetric two-lane cellular automata)模型的基础上,引入强制换道规则,根据瓶颈口上游驾驶员心理状态的变化,建立高速公路瓶颈交通流模型.在开口边界条件下,针对不同的安全换道概率、强制换道概率、冲突点距离和冲突区间长度参数,模拟得到瓶颈交通流量和换道频率与车辆到达率的关系.仿真结果表明,安全换道行为对系统流量影响小;强制换道行为是降低瓶颈系统最大流量的主要因素,当安全换道概率为0.5时,强制换道概率从0.0增加至0.1,最大流量下降了17%;冲突点距离的增加缓解了交通拥堵程度,当冲突点距离从1 cell增加至4 cell时,临界车辆到达率上升了4%;冲突区间长度对交通事故风险的影响较大,最大强制换道频率随冲突区间长度的增加而增加.      

考虑双向交通的城市路网交通流元胞自动机模型

允许车辆借反向车道超车的双向交通道路是城市路网的重要组成部分.本文考虑了双向交通道路的车辆行驶规则,研究了无信号控制交叉口的车辆优先通行权分配规则,构建了一个双向交通的城市路网交通流元胞自动机模型,研究了城市路网交通流的动态特性.研究结果表明,临界密度随着路网规模的增加而下降,路网交通密度的增加会加速拥堵闭环的形成,换道概率的增加会降低路网车速和缩短局部死锁现象形成的时间,单位时间换道车辆数与换道概率及交通密度之间存在着密切的关系.     

基于安全距离的元胞自动机交通流模型研究

随着交通拥堵状况日益显著,整体交通安全性下降,交通事故率逐渐增大.基于提高驾驶安全性考虑,细化元胞长度,引入被广泛证明在描述车辆驾驶行为方面具有很高精度的Gipps 安全距离规则,对NaSch模型进行改进,提出一个新的基于安全距离的元胞自动机交通流模型.采用实测数据对模型进行标定和评估,进一步对模型进行数值模拟分析.模型评估结果显示,新建立的模型相对NaSch 模型精度更高.数值模拟结果表明,改进模型能够很好地表现交通流特性,再现实际交通中的自由流、同步流及拥堵流等交通现象.此外,还发现驾驶员对前车最大减速度估计过高时,会导致道路通行能力下降,而驾驶员对自身车辆最大减速度估计过高时,会在一定程度上增大道路的通行能力,但是很可能会造成不安全的驾驶行为,增加了事故率.     

一种考虑吸引型异常事件的行人元胞自动机模型

鉴于目前行人元胞自动机仿真研究中对于吸引型异常事件情况下模型的缺失,本文提出了一种特殊的考虑吸引型异常事件的行人元胞自动机模型.当异常事件发生后,模型将行人分为漠视、驻足、围观和围观离开四种类型.漠视类型指对异常事件毫无兴趣,不受异常事件影响的行人,其动力特性与行人在正常情况下的动力特性一致;驻足类型指对异常事件较有兴趣,驻足观看的行人,其动力特性由能使行人在原地停留的驻足效用值决定;围观类型指对异常事件极有兴趣,向异常事件中心靠近围观的行人,其动力特性由围观效用决定;围观离开类型指对异常事件失去兴趣,从围观人群离开的行人,其动力特性由围观离开效用决定.仿真效果显示,该模型基本可反映行人聚集围观的表征和内部特性.     

基于元胞自动机的附加导流岛型出口仿真建模

为研究附加导流岛型出口对快速路交通流的影响,本文建立针对附加导流岛型出口的元胞自动机模型。基于KKW (Kerner Klenov Wolf)模型,引入3种换道规则并分段设定,以描述附加导流岛型出口影响下的车辆换道行为。针对主辅路直接衔接的几何特点,对主路车辆经由出口驶出的过程等效简化,定义附加导流岛型出口下的车辆驶出规则。模型的数值仿真结果表明：导流岛通过引导辅路车辆在导流岛上游向外侧车道合流,能够使辅路下游的内侧车道起到辅助车道的作用。在此设置下,辅路车流对车辆驶出造成的直接干扰得到缓解,主路的通行效率显著提高。然而,辅路车辆经过导流岛后的强制换道会对驶出的平稳交通流造成扰动而诱发局部拥堵,影响驶出车流的进一步疏散,导致主路饱和流量和平均速度的下降。此外,导流岛使得辅路形成道路缩减瓶颈,在其影响下,辅路总饱和流量大幅下降。导流岛对辅路内侧车道的占用使得其流量和平均速度均低于外侧车道,通行效率受到更大的影响。     

基于视频检测数据的自行车元胞尺寸标定

由于自行车流交通流微观特征的复杂性,造成对宏观特征三参数的认识也比较困难。而自行车元胞自动机模型的基本单元尺寸来源于其微观特征,所以这里重点描述基于现场视频检测数据的自行车元胞单元尺寸标定方法。通过尺寸标定后模型的演化,说明该改进模型能有效地克服采用固定元胞尺寸所带来的交通流宏观特征数据的不合理性。     

BRT信号优先的元胞自动机仿真研究

构建了BRT信号优先的元胞自动机仿真模型,并进一步研究了不同信号优先控制策略下BRT对交叉口车流的影响.首先,结合北京市快速公交1号线和义农场站交叉口现状信号,标定了模型的参数并验证仿真结果的有效性;然后,在此基础上,对单独采取绿灯延长信号控制、单独采取红灯早断信号控制和同时采用两种信号控制三种BRT信号优先策略进行了...     

基于元胞自动机的自行车流蛇行、穿插模型

通过重新定义元胞尺寸、状态值及元胞邻域,建立了自行车元胞自动机基本模型,并在基本模型中引入随机偏移概率来表达自行车不遵循车道行驶的特性.通过模型模拟运行,并对获得的自行车流参数进行分析,结果表明引入随机偏移概率能很好地描述自行车不遵循车道随机蛇行、穿插的特性.     

基于细胞自动机方法的车行运动模型及信号灯控制策略研究

采用细胞自动机方法研究了在单向道路上行驶的2辆不同性能(加速度能力、最大速度等)车辆的运动状态和相互关系,以及性能参数对行驶状态的影响.讨论了在设置路口和信号灯的情况下,不同信号灯控制策略(信号灯的时间周期及绿信比)对车辆运动状态的影响.细胞自动机方法通过JAVA编程进行数值模拟,得到车辆行驶时间-位置之间的关系,结果与预期相同.该模型退化为匀速运动状态情形时,所得结果与近期文献的结果相一致,也证明了文中所用方法的可靠性和合理性.