基于元胞自动机的城市道路仿真系统

为解决实时交通仿真系统对计算效率的要求，本文提出一种针对交通信号控制下城市道路路段的元胞自动机模型。在模型中采取了适合城市交通特点的元胞空间划分和时间步长方案以及元胞更新规则。本文还给出基于此模型的一个小型仿真系统的软件体系结构。另外，本模型还能反应出驾驶员的进取性（aggressiveness）的状况，并对驾驶员存不同进取性下对变通的影响做了研究。通过现场采集的交通数据和CORSIM仿真平行的对比试验表明本文提出的模型在路段平均速度意义下与实际变通数据符合较好，并具有较高的运行效率。     

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.      

基于元胞自动机的交通流状态研究

为方便交通部门能够更直接地掌握道路交通流状态,对交通流进行管理、调节和诱导,从而提高路网交通效率,本文主要围绕交通流状态统计、交通流状态仿真和不同交通状态的决策方案三个方面进行研究。研究基于物理公式和格林希尔治模型理论构建交通流流量与车辆平均速度的基础模型,根据不同道路的最大流量判断道路交通状态;利用matlab将道路简化为元胞自动机的运动过程进行分析;并根据交通流状态分析结果提出合理的决策方案。     

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。     

基于智能体与元胞自动机的智能交通仿真

针对智能体和元胞自动机在交通仿真研究中应用的相对独立现状, 分析了智能体和元胞自动机理论方法在交通仿真研究和应用中的特性及各自存在的局限性和优势。指出两者都具有“由底向上”的设计特点, 智能体能准确地描述各种复杂交通元素的特性和自主行为, 但实现复杂, 效率较低, 而元胞自动机方法实现简单, 仿真效率高, 但难以体现交通元素的个体差异。探讨了这两种方法相结合进行智能交通仿真的可行性, 以及它们的结合点和结合方法, 构建了一个基于智能体和元胞自动机相结合的基本智能交通仿真模型。仿真结果表明, 该方法既保持了元胞自动机的实现简单、效率高等基本特征和优点, 又能反映交通系统中交通元素的自主特性和个体差异。     

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.     

基于元胞自动机的人员疏散微观仿真

突发事件中的人员疏散是一个涉及到人员心理因素和生理因素以及环境因素的复杂变化过程,存在着人员之间、人与环境之间的相互作用,这种相互作用可以用力的形式来表现,例如出口对人员的吸引力和人员疏散过程中为避免冲突而出现的排斥力。在此情况下,基于元胞自动机模型的建模思想,在明确考虑动态、静态吸引力的前提下,通过微观的元胞之间的相互作用,产生全局的人群宏观特征,在此基础上建立一种人员疏散微观离散模型。     

基于元胞自动机的行人管理

本在研究行人交通流基本理论和元胞自动机建模研究最新进展的基础上，阐明了元胞自动机行人模型在行人交通流研究和ITS紧急事件管理子系统中的关键作用；介绍了CA-Ped模型的主要建模思路和模型的特点，并对其在中国ITS中的应用进行了评价。     

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。     

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针对城市道路路段上车流的流量和密度之间的特性，对道路元胞自动机交通流模型进行了改进，使CA模型能够较好模拟城市道路交通流。提出了网格动态调整算法，该算法根据模型模拟的路段流量和密度计算车辆平均通行距离，并以此距离动态调整CA模型的格子长度，按照城市道路路段上车辆速度的统计分布规律，以路段的车流速度密度模型输出作为下步模拟的平均车速，通过车辆速度的分布范围确定车辆加速减速的概率，对模型车速进行更新。选择500米长的城市主干道上的一条车道，利用本文改进的CA模型进行模拟，模拟结果表明:该模型在车速为30-65公里/小时范围内，能较好模拟城市道路上车流的运行特性。改进后的CA模型，适用于对城市道路上中速车流运行状况的模拟。     

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.     

车辆能源补给诱发交通拥堵的元胞自动机模拟

车辆能源补给需求的产生存在空间和时间上的随机性,可能会在能源供应站点形成聚集,进而影响正常道路交通.为此,本文将能源供应站点抽象为多服务台单排队系统,通过需求车辆行驶特征、能源补给行为特点的分析和元胞矩阵的设计,构建了开放边界条件下的能源供应站点元胞自动机模型.模型实验结果表明:模型能够实现车辆能源补给行为的模拟;需求聚集和补给行为会诱发道路拥堵现象,并会在需求高度聚集时加剧道路拥堵状态;通过模型实验可以明确需求聚集诱发拥堵的边界条件,而不同聚集程度下的边界条件对比结果证明了实施需求车辆引导的必要性.     

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.     

基于元胞自动机的竞争型换道模型

为研究车辆在换道过程中存在的互不相让、相互竞争的现象,运用元胞自动机理论,提出一种竞争型的换道模型。首先,将换道分为换道需求判断和换道实施过程两部分;然后,在需求判断中引入邻车道速度累积优势,在换道实施过程中引入竞争程度定义换道新规则;最后,在不同交通密度下对竞争换道模型进行仿真,并与自由换道和协作换道进行对比分析。结果表明：不同密度下协作换道模型得到的车流量和车辆平均速度均高于其他换道模型;在一定密度范围内,竞争换道得到的车流量和车辆速度比自由换道高;但当密度较高时,竞争换道对车辆的速度以及交通密度可能产生负面影响。这说明协作换道能提高车辆速度,有效缓解交通阻塞;而竞争换道对车辆速度的提升不明显,并且采用竞争换道对交通流有影响,有时可能会降低道路的通行能力。     

瓶颈路段交通改善实证研究

城市道路路网中,瓶颈路段的存在对路网通行能力有显著的影响.本文归纳了瓶颈路段存在的两类常见问题:由于拆迁、开发遗留等造成的瓶颈路拥堵;以及铁路、桥等阻碍造成的瓶颈路拥堵.对断头路、瓶颈路的改善措施进行了梳理.结合姚家园路区域-朝阳公园桥案例展开了实证研究,研究表明,断头路的存在对路网的通达性有明显影响;合理调节支路的分流量,可以减轻路网节点的拥堵程度;打通断头路,路网的非直线系数提高,更加方便路网中节点的交流;畸形交叉口的改善,使路网的连接度提高17.5%.