城市交通拥塞典型场景分析与建模.pdf

城市交通拥塞典型场景分析与建模 摘 要：在实测城市交通典型路段的基础上，建立了一维的单车道和双车道元胞 自动机模型。分析了单车道模型的时空演化过程和随机慢化过程对模型的影响； 对比了单车道和双车道模型模拟的流–速–密关系，结果表明换道规则对交通流量 的影响在中密度区域表现较为明显；对实测和双车道模型模拟的流–速–密关系以 及在不同密度区间的速度分布进行了分析；对单车道模型在不同密度区间的速度 分布进行了探讨，提出了一种根据 PDF 曲线的峰值特征对交通流状态进行简单划 分的方法。 关键词：城市交通 拥塞 元胞自动机 数值模拟 1 引言 我国正处于经济高速增长时期，一方面，城市化步伐越来越快，机动车辆快 速增长，城市道路交通量迅猛增加；另一方面，道路交通基础设施建设缓慢，交 通管理水平相对落后，交通意识难以跟上形势的发展。这两方面因素导致我国许 多城市普遍出现了严重的交通拥塞。如图1.1所示为南京市虎踞路国防园路段的 交通状况，交通严重拥塞、秩序混乱。 图1.1 南京市虎踞路国防园路段交通状况 目前，交通元胞自动机的建模与仿真是一种较为普遍的模拟方法，它通过程 序设定车辆运行的规则，交通流演化的机理可视，并且可以沿用成熟的交通流理 论进行不断调整，以达到与实际情况尽量相符合的目标。因此，本文在对城市交 通实际观测的基础上引入交通元胞自动机模型，对典型的城市路段交通状况进行 模拟与分析。 2 模型 为统一描述车辆状态的演化，假定所有车辆的特征均相同。用 和 分 别表示第 辆车在 时刻的位置和速度；取 的整数值，其中 为 车辆允许的最大速度；用 表示在 时刻第 辆车与前方 紧邻车辆 之间的间隔 (空元胞数)。 2.1 跟驰规则 本文选用 NaSch 模型[1-3] 中的跟驰规则。NaSch 型车辆的状态演化由车辆加速、 确定性减速、随机慢化和位置更新四个过程构成。车辆加速阶段反映了驾驶员有 追求最大速度的愿望；确定性减速阶段是为了避免与前车发生碰撞；随机慢化阶 段反映了各种实际不确定的交通因素 (如驾驶者的心态、路面质量等)对行驶车辆 的影响。在 时间步，所有车辆的状态均按照下面的步骤并行更新： : 车辆加速阶段。速度的变化可以表示为 : 确定性减速阶段。速度的变化可以表示为 : 随机慢化阶段(随机慢化概率为 )。速度的变化可以表示为