基于跟车行的为的双车道交通流元胞自动机模型.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 24 (2012) 244502 基于跟车行为的双车道交通流元胞自动机模型* 敬明 邓卫 王昊 季彦婕 ( 东南大学交通学院, 南京 210096 ) ( 2012 年6 月2 日收到; 2012 年7 月12 日收到修改稿) 结合跟车行为中车辆相对运动的影响和安全驾驶条件, 引入换道规则, 提出了基于跟车行为的双车道元胞自动 机模型. 模型可以描述系统在临界密度附近的亚稳态性质, 其仿真结果与实测数据符合很好. 在对车辆换道仿真数 据采集处理的基础上, 研究满足换道条件的车辆数和车辆密度间的关系, 定义了换道函数描述标准驾驶行为下的车 辆换道过程, 求得函数的解析解并使用函数预测经换道达到稳定的车辆密度值, 为量化和深入研究车辆的换道行为 提供参考. 关键词: 元胞自动机, 亚稳态, 换道规则, 数值模拟 PACS: 45.70.Vn, 89.40.−a 空间的影响. 本文结合实际跟车行为中车辆的相对 1 引言 运动和安全驾驶条件, 提出了基于跟车行为的CA 模型, 模型的仿真流量与实测数据符合较好, 并能 20 世纪中叶开始, 交通问题由于其复杂性和 描述系统在临界密度附近的亚稳态性质. 在单车道 实际意义, 开始吸引大量科学家对其进行研究. 元 模型基础上引入换道规则建立了考虑跟车行为的 胞自动机(cellular automaton, CA) 模型是一种时间, 双车道模型, 通过数值模拟得到了双车道单向交通 空间和变量都离散的的数学模型, 具有规则简单, 流的几个有意义的结论. 定义了换道函数描述标准 灵活可调, 易于编程等特点, 近年来在交通流研究 驾驶行为下的车辆换道过程, 求得函数的解析解并 中得到了广泛应用 . 最具代表性的元胞自动机 使用函数预测经换道达到稳定的车辆密度值, 为深 模型是由Nagel 和Schrekenberg 提出的NaSch 模 入研究车辆的换道行为提供参考. 型 , 该模型可以描述一些实际交通现象, 但所模 拟的最大交通量小于实测数据 , 并且不能描述临 界点附近的亚稳态性质. 在NS 模型基础上, 人们 2 单车道模型及数值模拟 提出了许多改进模型, 例如改进加速规则的FI 模 2.1 基于跟车行为的元胞自动机模型 型 , 引入慢启动规则的VDR 模型 , 改进减速 规则的敏感驾驶模型 等; 针对NS 模型不可超 将道路视为由 rlength 个元胞组成的离散格 车的局限性, 学者们提出了多种单向多车道CA 模 点链, 为增加模型的精确程度, 将元胞尺寸作为仿 型 , 并建立了各种换道规则. 真程序的输入值. 设元胞尺寸为csize, 车辆长度 NS, FI 等模型采用并行更新方式, NS 模型仿 为carsize, 为第 辆车在 时刻的速度, 真的平均车头间距大于实际值, 由于其安全间距条 为第 辆车车尾在 时刻的位置, gap 为车前行