基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通模型綜述

《基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通模型綜述》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第22卷第12期(總第132期)　　　　　　系　統(tǒng)　工　程Vol.22,No.122004年12月　　　　　　　　　　　　SystemsEngineeringDec.,2004文章編號:100124098(2004)1220077205X基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通模型綜述1,21張　發(fā),宣慧玉(1.西安交通大學(xué)管理學(xué)院,陜西西安　710049;2.空軍工程大學(xué)工程學(xué)院,陜西西安　710038)摘　要:對基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通模型進(jìn)行綜述,將其分為單車道模型、多車道模型和城市交通模型三類。NaSch模型是最重

2、要的單車道模型,經(jīng)過改進(jìn)能夠再現(xiàn)許多重要的交通流特性。換道是多車道模型的核心,圍繞著動(dòng)機(jī)產(chǎn)生和安全要求提出了多種換道規(guī)則,最近的模型能夠再現(xiàn)密度反轉(zhuǎn)等異?，F(xiàn)象。城市交通模型從系統(tǒng)角度研究了網(wǎng)絡(luò)交通流的相變規(guī)律,近期出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)模型與多車道模型相結(jié)合的趨勢。以TRANSIMS為代表的微觀仿真平臺在大規(guī)模路網(wǎng)中得到了成功應(yīng)用。然而CA交通模型在方法論上存在不足,一些實(shí)證規(guī)律未能再現(xiàn),其實(shí)際應(yīng)用也較少。關(guān)鍵詞:元胞自動(dòng)機(jī);交通流;綜述;微觀仿真中圖分類號:U491;N949　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A　　現(xiàn)代社會(huì)普

3、遍面臨嚴(yán)重的交通問題,對交通流特性和不足,指出進(jìn)一步的研究方向。的理解是解決交通問題的前提和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的交通流模型如流體力學(xué)模型、氣體動(dòng)力學(xué)模型、跟馳模型等在理論研1　單車道模型究和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。然而由于交通流在時(shí)單車道模型研究車輛在一條車道上運(yùn)動(dòng)形成的交通間、空間上具有高度的隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性,交通系流。其基本結(jié)構(gòu)是:將一條車道劃分為等尺寸的格點(diǎn),每個(gè)[1]統(tǒng)表現(xiàn)出豐富的非線性特征,實(shí)證研究表明,交通流存格點(diǎn)有兩種狀態(tài):空、被某車占據(jù),而每輛車恰占一個(gè)格在三相:自由流(freefl

4、ow)、大范圍移動(dòng)阻塞(widemoving點(diǎn);對時(shí)間進(jìn)行離散化,時(shí)鐘等步長推進(jìn);取車輛位置、速jams)和同步流(synchronizedflow),還有一些“異?！爆F(xiàn)度作為狀態(tài)變量,為有限、離散變量。在每個(gè)時(shí)刻,根據(jù)定象,如亞穩(wěn)態(tài)(meta2stablestates)、滯回效應(yīng)(hysteresis義的規(guī)則進(jìn)行狀態(tài)更新,反復(fù)進(jìn)行,直到滿足終止條件。各effect)、排隊(duì)消散(platoondispersion)等,傳統(tǒng)模型對此模型的區(qū)別主要在于狀態(tài)更新規(guī)則,按是否包含隨機(jī)因素[2]難以解釋。另一

5、方面,真實(shí)交通系統(tǒng)一般路網(wǎng)規(guī)模巨大,可分為確定性模型和隨機(jī)性模型,以NaSch模型[4]為代道路使用者眾多,傳統(tǒng)的微觀仿真方法面臨著計(jì)算資源約表的隨機(jī)性模型是主流,得到了深入研究和實(shí)證檢驗(yàn)。束,要求有結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)算迅速的交通流模型。(1)確定性CA交通模型(DeterministicTrafficCA,目前基于元胞自動(dòng)機(jī)(CellularAutomata,CA)的交DTCA)通流模型取得了很大進(jìn)展。CA是研究系統(tǒng)復(fù)雜性的重要這類系統(tǒng)不含隨機(jī)項(xiàng),其初態(tài)給定后,系統(tǒng)的演化是工具,在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,

6、Cremer等最早用CA思完全確定的。Wolfram的CA184就是一維交通模型[5],但[3]想對交通流進(jìn)行了研究。雖然CA模型微觀上的規(guī)則簡過于簡單。而Nagel給出的一種更新規(guī)則是[6]:單、不太真實(shí),但從統(tǒng)計(jì)物理的角度看,可以再現(xiàn)系統(tǒng)的宏①vt+1=min{gt,vt+1,vmax}觀特性,一般其看作“最小化”的系統(tǒng),用來揭示系統(tǒng)的本②xt+1=xt+vt質(zhì)規(guī)律。另外,CA時(shí)間、空間、狀態(tài)變量均離散,元胞狀態(tài)xt,vt表示t時(shí)刻車輛的位置和速度,gt是空當(dāng)(兩車之間并行局部更新,適合計(jì)算機(jī)實(shí)

7、現(xiàn),能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模路網(wǎng)的空格數(shù))。①是速度更新規(guī)則,②是位置更新規(guī)則。該系統(tǒng)快速計(jì)算。本文對基于CA的交通模型進(jìn)行了綜述,詳細(xì)能再現(xiàn)自由流模式和擁擠模式,但動(dòng)態(tài)過程過于剛性。介紹了單車道、多車道和城市交通模型的進(jìn)展,對基于(2)NaSch模型CA的微觀仿真軟件進(jìn)行了介紹,分析了CA模型的優(yōu)點(diǎn)X收稿日期:2004210210作者簡介:張發(fā)(19702),男,空軍工程大學(xué)工程學(xué)院講師,西安交通大學(xué)管理學(xué)院博士研究生,研究方向:交通仿真,組合優(yōu)化。78系　統(tǒng)　工　程　　　　　　　　　　　　　　　　　　20

8、04年這是一個(gè)最重要的單車道CA模型。Nagel在確定性或剎車狀態(tài)下的加速有延遲。細(xì)分單元格長1.5米,每車[4]模型的基礎(chǔ)上加入隨機(jī)項(xiàng)。車輛n的位置為xn,速度為占據(jù)5個(gè)單元格。狀態(tài)更新規(guī)則是:vn,速度vn∈{0,1,2,?,vmax}為整數(shù),車輛n+1在車輛n①確定隨機(jī)化參數(shù):前方,兩車間距dn=xn+1-xn.單元格長7.5米,時(shí)間步長pb,bn+1=1且th