基于元胞自动机的道路合流区交通仿真软件开发 .doc

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划 项　 目　 申　 报　 表 项目名称: 基于元胞自动机的道路合流区交通仿真软件开发 学校名称 长沙理工大学 学生姓名 学 号 专 业 性 别 入 学 年 份 汪烨 201111010232 交通工程 男 2011 鲁岳 201111010128 交通工程 男 2011 曾金贤 201111010230 交通工程 男 2011 梁中岚 201111010105 交通工程 女 2011 罗文华 201111010114 交通工程 男 2011 指导教师 龙科军 职称 教授 学科专业 交通工程 学生曾经参与科研的情况 汪烨：（1）参加全国数学建模大赛；（2）熟练掌握C语言编程和Matlab软件。 鲁岳: （1）获得第十届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛校级三等奖《基于prim算法的打孔机生产效能的研究》；（2）参加长沙理工大学大学生研究性学习与创新性实验计划项目《卡车倒车模糊控制系统仿真实验设计》。 罗文华:参加长沙理工大学大学生研究性学习与创新性实验计划项目《卡车倒车模糊控制系统仿真实验设计》指导教师承担科研课题情况 广东省交通科技计划“中心城区路网运行效率评估与提升” 2011-2013 住建部科技计划“行人过街行为及行人设施优化”2011-2014 国家自然科学基金项目“连续交通流与间断流衔接区通行能力匹配理论研究”，已结题。 国家“十一五”支撑计划项目“山区公路网交通安全保障技术及示范”，已结题。 项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题 1、研究主要目的： （1）运用元胞自动机原理，构建、标定我国城市道路合流区（车道缩减区）的驾驶行为模型。 （2）采用计算机编程语言（初步选定C++），研发合流区交通仿真软件。 （3）运行交通仿真软件，模拟和解析合流区的交通拥挤、消散的形成规律和机理。 2、项目主要研究内容： 合流区的驾驶行为调查和数据采集：利用视频调查调查方法，采集车辆跟车、换道等行为，以及操作期间的特征数据，包括：车头时距、车速、交通量等。 以BML元胞自动机模型为基础，基于合流区驾驶行为数据修正元胞自动机模型，包括：元胞几何尺寸、行为规则等。 仿真软件开发：采用C++语言编写合流区交通仿真软件。 合流区交通拥挤及消散过程模拟：运行合流区交通仿真软件，获得合流区交通拥挤形成和消散过程的规律。 3、本项目拟解决的主要问题： 驾驶行为的数据采集。合流区驾驶行为具有复杂性，数据采集的目的就是要针对驾驶员在合流区的跟车、换道等行为操作进行数据采集，以揭示其行为规则，相应的数据包括：跟车车头时距、换道车头时距、目标车速等；调查方法主要采用视频采集、人工处理的方法。 元胞自动机模型的建立。采用元胞自动机将合流区空间和时间进行离散建模，以BML元胞自动机模型为基础，在驾驶行为数据的采集基础上，针对目前BML模型的缺陷，修正模型，包括：元胞几何尺寸、元胞演化规则等。 合流区交通仿真软件开发和应用：采用编程语言C++编写合流区交通仿真软件，用于合流区交通模拟。运行软件，对合流区交通拥挤形成、消散过程进行模拟，得到交通拥挤形成规律、影响因素等。 国内外研究现状和发展动态： （1）元胞自动机在交通领域的研究现状和发展动态： 截至目前，国内外对以元胞自动机为基础的进行交通方面的研究已经相当广泛。最为著名的元胞自动机交通流模型有德国学者Nagel和Schreckenberg于1992年提出的一维元胞自动机NaSch模型与美国Biham、Middleton和Levin同年提出的二位元胞自动机BML模型。 在NaSch模型中，时间、空间以及速度都被整数离散化。道路被划分为离散的格子（即元胞），在每个元胞或者是空的，或者被一辆车占据，每辆车的速度可以取0,1,2……Vmax,Vmax为最大速度。在t→t+1的过程中，模型可按如下规则并行演化。（1）step1:加速，V2→min（Vn+1，Vmax）；对应于现实中司机期望以最大速度行驶的特性。（2）step2:减速,Vn→min(Vn,dn)；驾驶员为了避免和前车发生碰撞而采取减速的措施。（3）step3:随机慢化，以概率p,Vn→max(Vn-1,0)；由各种不确定因素（如路面状况不好、驾驶员的不同心态等）造成的车辆减速。（4）step4:运动，Xn→Xn+Vn；车辆按照调整后的速度向前行驶。 BML模型定义于一个NⅹN的方形格点的网络上，每一个格点具有三种状态：没有车辆、被一辆北向行驶的车辆占据或被一辆东向行驶的车辆占据。该模型反映了交叉路口处交通信号灯的作用：在奇数时间步，只有东向行驶的车辆可以行驶；在偶数时间步，只有北向车辆可以行驶。在奇数时间步，只要东向行驶的车辆的右侧有一个或多个空的元胞，那