Inhomogeneous cellular automata modeling for mixed traffic with cars and motorcycles

This paper develops inhomogeneous cellular automata models to elucidate the interacting movements of cars and motorcycles in mixed traffic contexts. The car and motorcycle are represented by non‐identical particle sizes that respectively occupy 6×2 and 2×1 cell units, each of which is 1.25×1.25 meters. Based on the field survey, we establish deterministic cellular automata (CA) rules to govern the particle movements in a two‐dimensional space. The instantaneous positions and speeds for all particles are updated in parallel per second accordingly. The deterministic CA models have been validated by another set of field observed data. To account for the deviations of particles' maximum speeds, we further modify the models with stochastic CA rules. The relationships between flow, cell occupancy (a proxy of density) and speed under different traffic mixtures and road (lane) widths are then elaborated.     

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在轨道交通系统中,列车的运行控制系统是确保列车运行安全和提高列车运行效率的核心子系统。列车运行机理的分析,列车追踪模型和算法的建立,是开发列车运行控制系统的基础。本文根据地铁列车追踪运行的特点,建立了固定自动闭塞系统下的元胞自动机模型,并对北京地铁2号线进行了模拟仿真。通过时空图和速度—时间—位移图,我们研究和探讨了地铁列车追踪运行的一些主要特性,分析了速度、时间、位置之间的相互变化。模拟结果再现了地铁列车运行时列车流的动态特性。通过对比分析模拟结果和实际运行结果发现,所提出的模型是一种有效的模型,可以很好地用来描述地铁中列车运行的特点。     

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.     

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。     

基于元胞自动机的VMS诱导信息系统研究

VMS诱导信息系统的特点是系统的性能高度依赖驾驶员对信息的反应，诱导信息类型一直是研究的重点。已有的研究多侧重于将行程时间作为诱导信息，如当前行程时间、预测行程时间。有学者基于两条等长路径尝试将速度信息作为诱导信息，并对最近驶出车辆的行程时间信息和平均速度信息的诱导效果进行对比，结果表明速度诱导信息效果更好。考虑实际路网中．替换路径长度通常不等，文中以元胞自动机为工具，对发布平均行程时间诱导信息和平均速度诱导信息的效果进行模拟，并对结果进行分析。     

基于混杂理论的电磁与摩擦集成制动方法

鉴于传统电子液压制动系统连续制动易产生"热衰退"现象，结构缺陷导致的制动响应慢，制动系统与电控系统衔接差等缺点，提出了一种基于混杂自动机模型的电磁与摩擦集成制动方法。首先分析集成制动器制动时的工作特点以及不同情况下对应的工作模式（纯电磁制动、纯摩擦制动以及集成制动），并确定3种制动模式的切换条件，通过逻辑门限算法将其实现。根据制动时车辆既具有连续运动状态又有离散状态的混杂特性，使用MATLAB/Stateflow建立基于制动模式切换系统的推广自动机模型，并根据制动模式切换控制策略，对3种制动模式切换进行试验，验证制动模式切换控制策略的合理性。最后选取车辆制动初速度为28 m·s^-1的直线制动工况，分别在高附着系数（0.85）以及低附着系数（0.3）的路面条件下，通过试验平台对控制算法和制动系统性能进行试验验证。研究结果表明：所提出的汽车混杂理论模型以及优化方法在在低附着系数（0.3）路面条件下，集成制动方法较传统液压制动系统缩短5.12%的制动距离，缩短制动时间0.3 s；在高附着系数（0.85）路面条件下，集成制动方法较传统液压制动系统缩短5.66%的制动距离，缩短制动时间0.2 s，能有效提高制动效能。     

基于元胞自动机模型的大秦重载列车追踪运行模拟

研究了基于元胞自动机模型的大秦重载列车追踪运行模拟。在NaSch模型的基础上,结合之前固定自动闭塞轨道交通领域的研究成果,改进了原有模型,并对四显示固定自动闭塞系统的大秦重载列车进行仿真模拟。综合考虑了列车的发车方式、发车间隔、列车长度、到发线数量、车站停留时间等参数对列车运行时间、平均延误时间的影响。模拟结果表明:利用Matlab建立的仿真模型,能较为合理客观地模拟各种因素对列车运行状态、速度变化、延误传播等特性,模拟结果可以为大秦线运输组织提供决策依据,提高运输能力及市场竞争力。     

基于时间自动机的自主化ATP等级转换功能建模与验证

自主化ATP(列车自动保护)系统在国产化ATP系统的基础上,增加了一些新的功能需求。针对自主化ATP系统安全关键功能的安全性和正确性保障的问题,以自主化ATP系统中典型的C2等级转换C3等级的等级转换功能为研究对象,采用时间自动机形式化地分析等级转换功能的安全性、活性和实时性。研究时间自动机的数学理论基础,分析自主化ATP系统等级转换功能的逻辑和与其他系统的数据交互;采用时间自动机建模方法,从ATP、RBC(无线闭塞中心)和应答器3个方面,建立C2等级转换C3等级的时间自动机模型;研究自主化ATP系统等级转换功能需要满足的安全性、活性和实时性要求,利用UPPAAL软件验证等级转换功能的系统性质。结果表明,自主化ATP系统C2等级转换C3等级功能满足期望的系统需求。     

高速铁路CTC分界口临时限速系统建模与验证

临时限速是高速铁路列控系统的重要组部分,CTC行车调度台分界口处的临时限迷信息交互频繁,对实时性的要求也更苛刻.为满足其实时性要求,采用时间自动机理论,结合分界口处临时限速相邻设备间的交互过程,分别建立各设备的时间自动机模型,通过时间自动机的积构建整个交互系统的网络模型,并利用UPPAAL验证工具对模型的功能和性能属性进行形式化验证.验证结果确认了交互过程中系统的安全性和受限活性.     

行人交通模型与微观仿真

行人交通是一种重要的交通方式,也是个人出行活动必不可少的行为。从描述行人运动行为的尺度和精细程度出发,将行人交通仿真模型划分为宏观模型、中观模型和微观模型3类,并分析其原理和特点。在对现有行人微观仿真软件调研的基础上,提出Legion、STEPS、SimWalk、AnyLogic是适用于正常情况和疏散情况的软件,研究了如何具体运用上述软件实现模型建立,探讨了建筑空间平面创建、数据输入、参数标定、输出数据的分析处理等关键步骤和流程。研究表明,充分利用已有软件可实现快速有效的行人交通仿真建模。