基于CA方法的交通流数值模拟及信号灯感应控制策略研究

采用细胞自动机方法(Cellular Automata:CA)模拟含4个路口的城市道路交通流状态,并通过离散方程描述车辆的运动过程.研究了信号灯控制策略(同步定时控制及感应控制)对交通流状态的影响.数值模拟结果表明,信号灯对交通流的影响与道路中车辆密度有关,同时,感应控制参数的选取存在一合理的取值范围,可优化交通流通行...     

CTCS-3级列控系统车地交互流程形式化建模与验证

正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互流程分为4个典型的子流程：任务启动流程、正常行车流程、RBC切换流程和任务结束流程,然后针对这些子流程建立无线闭塞中心（RBC）、车载设备（ATP）和铁路专用移动通信网（GSM-R）的时间自动机网络模型,最后利用时间自动机模型验证工具UPPAAL进行仿真分析,验证了CTCS-3级列控系统的车地交互流程的安全性和受限活性.     

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。     

基于安全效应的双车道元胞自动机交通流模型研究

针对车辆行驶中的安全因素,考虑静止车辆和低速车辆,在一维对称双车道元胞自动机模型(STCA)的基础上,建立了一种新的对称双车道元胞自动机模型.给出了计算机数值模拟的新模型流量-密度图,时空斑图以及车道改变率-密度图.模拟结果显示:新模型能模拟在临界密度后出现低速的同步相的情形,较STCA模型模拟的交通流现象更接近现实.     

A cellular automata (CA) model for motorized vehicle flows influenced by bicycles along the roadside

On many urban low‐grade or branch roads, especially in medium or small cities in China, bicyclists and motorists commonly share the non‐barrier road surface. Because bicycles are unpredictable and unstable when moving, motorized vehicles must reduce their speed to safely approach and overtake them. In this study, the gradual deceleration process a motorized vehicle undergoes before it passes a bicycle was analyzed. The motorist was assumed to prefer a comfortable deceleration and to select a higher deceleration rate only when the distance to the bicycle was insufficient to reduce the car's speed to the expected value at a comfortable deceleration rate. Cellular automata (CA) simulations were used to reveal the flow characteristics of motorized vehicles reacting to bicycles traveling along the roadside, and the results show that for the general velocities of motorized vehicles and bicycles traveling on urban branch roads, the road capacity for motorized vehicles is not related to the number of bicycles present. However, the average travel time of motorized vehicles is significantly affected by the presence of bicycles when the number of motorized vehicles on the road is small. In addition, motorized vehicles' average travel time is more influenced by disturbances in the flow of motorized vehicles than by bicycles when the number of motorized vehicles on the road is large. Field observations and surveys were used to validate the traffic behaviors and simulation results. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于元胞自动机的 城市道路冲突车流建模

为研究无信号控制条件下2条单车道的车辆汇入同一车道时形成的冲突车流特征,通过分析车辆通过冲突点的运动规则,建立城市道路冲突车流的元胞自动机模型。模拟分析在道路处于不同进车概率下车辆的时空运行状态及道路的进车概率对交通流量和车辆平均速度的影响,研究结果表明:其中一条道路的进车概率小于临界值(0.2)时,该道路的交通流量和车辆平均速度不受另一条道路进车概率的影响;其中一条道路的进车概率大于临界值(0.2)时,另一条道路进车概率大于0.01时,该道路的交通流量和车辆平均速度随另一条道路进车概率的增大而减小,直到另一条道路进车概率达到临界值(0.2)。     

一种基于场景的CTCS-3列车控制系统建模方法研究

对CTCS-3列车控制系统进行有效的测试、分析和验证是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。本文以CTCS-3列车运行控制系统的UML非形式化模型为基础,以自动机模型作为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为自动机网模型的方法。首先将场景的UML顺序图自动转化为子系统的子自动机模型,然后通过合并不同场景的子自动机模型,得到子系统的组元自动机模型,最后通过对通信通道的建模得到系统的自动机网模型。使用本方法,基于系统的UML顺序图模型可以自动生成系统的自动机网模型。     

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在T型交叉口中存在直行、左转、右转三种车流.在考虑所有方向车流的情况下,本文提出了一种用于研究无信号T型交叉口交通流特性的元胞自动机模型.模型采用了防止车辆之间发生碰撞以及出现死锁现象的规则.通过模型模拟,本文分别研究了主干路车辆流入率、各车道的左转车流和右转车流对交叉口的影响,其中右转车流的影响是研究重点.结果表明,右转车流量的增加可以促进次干路和主干路内侧车道流量的增加,但是会减少主干路外侧车道的流量;当主干路外侧车道车辆流入率足够大且内侧车道车辆流入率足够小时,次干路的右转车流会促进主干路外侧车道的流量增加.     

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为了研究驾驶疲劳对道路交通流运行状态的影响,提出了一种改进的一维元胞自动机交通流模型.在周期性边界条件下,通过分析驾驶员的疲劳特性,考虑驾驶疲劳对驾驶员驾驶行为的影响,分别对疲劳车辆与正常车辆制定各自的演化规则,并以此对车辆进行状态更新,以建立改进的交通流模型.通过计算机仿真实验,得出不同疲劳车辆比例下车流密度、速度与流量的关系数据,并分析了疲劳车辆对交通流安全性的影响.仿真结果表明,对于本文改进的模型,随着道路上疲劳车辆比例的增加,交通流的拥堵呈分散趋势,车辆的拥堵频率显著提高,整体车流的安全性有所下降.同传统的SDNaSch模型相比,能够更好地描述道路交通流的实际运行状态.     

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针对交通网络中交叉口车流具有连续时间特性,动态信号灯的切换具有离散事件特性的情况,以四相位单交叉口为对象,考虑车辆到达的随机性,以微分包含的形式描述车辆达到率,建立了一个四相位交叉口的矩形混杂自动机模型。该模型中以车辆排队长度为连续状态变量描述连续车流动态,以信号灯状态为离散状态变量描述离散信号灯动态。在该模型基础上,分析了交叉口各个方向的输入、输出车流动态,采用矩形混杂自动机可达性分析方法详细分析了车辆排队长度的可达集,使用CheckMate 3.6 工具箱进行仿真。仿真结果表明矩形混杂自动机模型和可达性分析方法的有效性,不仅能够刻画交叉口车流的动态混杂特性,而且能够验证信号灯配时方案对车流疏导是否有效,为信号灯配时设计提供一种检验方法。