基于元胞自动机模型的高速公路可变速度限制交通流特性分析-物理学报.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 24 (2012) 244503 基于元胞自动机模型的高速公路可变速度限制 交通流特性分析* 张晶晶 庞明宝 任沙沙 ( 河北工业大学土木工程学院, 天津 300401 ) ( 2012 年2 月24 日收到; 2012 年7 月16 日收到修改稿) 在STNS 模型的基础上, 建立了可利用智能交通系统实时信息的高速公路可变速度限制区段元胞自动机模型, 对动态速度控制区段的交通流特性进行模拟, 分析了不同有效限速值、区段长度与交通状况下的限速对交通流和 道路通行能力的影响, 以及限速有效性条件. 模拟结果表明可变速度限制作为交通管理控制的辅助手段, 具有一定 的使用条件, 针对不同交通状况采用不同的最优限速值和区段长度的动态速度控制方法, 可在保证交通安全的前提 下达到抑制交通拥堵、减少车辆总通行时间从而提高道路实际通行能力的目的. 关键词: 元胞自动机模型, 智能交通系统, 连续交通流, 可变速度限制 PACS: 45.70.Vn, 89.40.−a 果的大量出现−, 交通流的非线性动力学行为 1 引言 如无序现象、混沌等得到了深入理解与分析. 特别 是时间、空间和变量均离散的CA 模型, 在保留交 速度限制作为道路交通管理控制的重要策 通流复杂系统的非线性行为和其他物理特征的同 时, 易于在计算机上操作, 并能灵活修改演化规则 略 , 一般是针对道路几何线形、网络结构从交通 安全角度设置的, 是固定不变的. 随着智能交通系 使之更符合实际交通情况. 其中在 1992 年Nagel 统(intelligent transportation system, ITS)、物联网技 和Schreckenberg 提出的描述高速公路交通流CA 术的快速发展, 信息采集、发布技术的自动化与经 模型(NaSch 模型) 基础上 , 人们研究了道路突发 瓶颈、公交站、收费站等对交通流的影响 − . 济化 , 针对不确定性可能发生的天气变化、道路 突发瓶颈、交通拥堵等所采取的可变速度限制(动 在速度限制研究方面, 付印平等研究了铁路系统限 − 态速度控制) 策略 , 将成为如高速公路、城市 速区段的交通流特性 , 研究对象不是道路交通 快速路等具有连续交通流特征道路主线交通管理 系统; Li、李盛春等研究了匝道系统设置减速车道 控制的重要发展方向之一. 虽然已有的部分研究已 对交通流的影响 , 但研究对象针对匝道汇入 证实了该方法的有效性, 但这些研究是从一般交通 区, 不针对连续交通流道路的主线区段. 管理控制角度, 不涉及交通流的非线性, 且以交通 针对道路交通主线区段的速度限制方面, 杨先 安全为主要目的− , 仅有少量文献如主线速度 清等研究了单车道设立限速区对交通流的影响 ;