基于细胞自动机理论的交通流模拟模型

华南理工大学学报(自然科学版)

第29卷第8期2001年8月

JournalofSouthChinaUniversityofTechnology

(NaturalScienceEdition)Vol.29　No.8August　2001

文章编号:1000-565X(2001)08-0093-04

基于细胞自动机理论的交通流模拟模型3

靳文舟1　张　杰2　郑英力3

(1.华南理工大学交通学院,广东广州510640;2.华南理工大学,广东;

3.中国公安大学交通管理系)

摘　要:,,把车辆在路段,建立了基于细胞自动机理论的交通流

,继而提出反映车辆在路段上自由行驶、跟,并对各种规则进行了详细说明.关键词:细胞自动机;交通流;模拟中图分类号:U491.1+23　　　　文献标识码:A

　　细胞自动机(CellularAutomata)可以看成是

非线性无穷维动力系统中的一类,其特点是空间、时间、状态都离散,同时每一个变量只取有限多个状态.它用简单的规则在计算机上模拟各种复杂现象.细胞自动机是NeumannvonJ最早提出来的,用于模拟生命系统所具有的自复制功能.此后细胞自动机还被用于模拟其他的物理系统和自然现象.Nagel

[1]

K和ScheckenbergM最先定义了一维细胞自动机模型并将其用于单车道的交通流模拟,他们在此方面做了大量的研究工作.

交通问题中的研究对象如车辆和人都是不连续的,车流运动也有很大的随机性和不确定性,用非线性的离散模型来刻划交通现象,这在交通研究的方法上是一个创新.模拟的基本思想是将路面格子化,每个格子视为有独立思维的小细胞,若干个小细胞对应一辆或几辆小汽车,把车辆在路面上的运动看成是格子场的演变,细胞可以像小汽车一样通过观察周围环境的变化来决定下一步的运动状态,凡车辆应遵守的交通规则都表述为细胞的演变规则,车

辆行驶的加速、减速、惯性、跟驰等均可以通过细胞的速度变化规则来详细刻划,从而把交通流的变化规律转化为细胞的演变规则加以研究.这与以往的交通模拟思路有很大差别,它不必非要找到函数形式的运动方程,而是直接用各种离散规则刻划运动.笔者根据上述的基本思想和细胞自动机理论,提出如下的细胞自动机模型(简称CA模型)

1　基本参数定义

1.1　细胞长度

在CA模型中,首先定义一个一维点阵来代表一条单车道,即将所研究的单车道分成n个长度为L的小路段(细胞),该点阵中每个位置或空闲或容纳一辆车.其中,定义细胞长度L是阻塞时的平均车头间距,即阻塞密度kj的倒数(若kj=133pcu/km,那么该细胞长度为7.5m)[2].每辆车的速度的取值范围为0～vmax,如果t=1s,则vmax=135km/h,即vmax为5细胞长度/秒.更新的时间步长一般可以认为是驾驶员的反应时间,一般取1s.这样在CA模型中,位移、速度、时间都取整数,具有离散性.每个位置的状态有7种,分别是:位置空闲和该位置处车辆速度分别为0,1,2,3,4,5细胞长度/秒.

这样定义的细胞长度的不足是:由于细胞长度取值偏大,导致车辆运动的加速度过大,其加速度为7.5m/s2,几乎接近车辆的理论极限加速度[3],这

　收稿日期:2001-03-08

3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078024);教育部骨干教师基金资助项目

　作者简介:靳文舟(1960-),男,副教授,博士,主要从事交通运输规划与管理的研究.