基于元胞自动机的城市交通网络模拟模型

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于元胞自动机的城市交通网络模拟模型,大连理工大学,张名举 刘勤一 孙宇哲,指导教师 贺明峰,本工作的目的是探讨利用元胞自动机模拟城市交通的可能性，给出了一个可行的理论与方法框架，并通过具体交通网络（局部）的计算机模拟，说明了该模拟模型的有效性，得到一些有效的结果及一些可以进一步探讨的问题。,一 初等元胞自动机,二 基于元胞自动机的基本交通模型,三 基本模型的扩展,四 城市交通网络的模拟,一、初等元胞自动机,1.1模型的建立,考虑有等长的L个格子的线段,每一个格子,i,都有两种状态 0和 1，在t时刻i格子的状态记为：,记,1.2 关于函数 f,采用周期边界，即为元胞自动机，由于只有0、1两种状态，所以函数f共有256种状态。,256种状态,对给定初值及规则f，可通过计算机得到N步以后的演化结果,T,111,110,101,100,011,010,001,000,T+1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,二、基于元胞自动机的基本交通模型,模型的建立,考虑一个有等长的L个格子的线段，每个格子可有一个向右行驶的车或为空。行驶规则为：若前方格子有车，则停止。若前方为空，则前进一格，不能跟驰。采用周期边界，此即为NS模型(1992),即：f为：,T,111,110,101,100,011,010,001,000,T+1,1,0,1,1,1,0,0,0,2.1一维模型,2.1.2 结果,2.2 二维基本模型,2.2.1模型的建立,考虑一个L*L的网格，对任一格子(i,j),共有三种状态，即有一个向右行驶的车、有一个向上行驶的车和空。行驶规则为奇数时间向右行驶的车可以前进，切一辆车只有前方格子里空时可前进一格。不能跟驰，偶数时间步向上的车可以行驶，规则同右行。（BML模型1992）,2.2.2 结果,快照,三 基本模型的改进,3.1 一维变速模型,在NS模型的基础上，考虑车可有不同的速度，并制定相应的运行规则，最大速度为Vmax为正整数，这样，每个格子的状态为空，或具有一个小于等于Vmax的非负整数的车。运行规则考虑加速、减速、随机事件等因素。,3.1.1模型,3.1.2 结果,3.2 二维双向模型,在原二维的元胞自动机基础上，考虑双向行驶机制，则每个格子有七中状态：空，右行，上行，左行，下行，左右，上下。,运行规则类似于原二维模型。,3.2.1模型,3.2.2 结果,3.2.3 快照,3.3 二维双向多道模型,在二维双向模型的原胞自动机基础上，两列并排。即考虑左左右右的情形。类似于前述模型可给出相应的规则。,3.3.1模型,3.3.2 结果,3.3.3 快照,3.4 二维三向模型,对L*L网格中的任意(i,j)有四种状态，空，右，左，上，下。即为比BML,模型多一种斜行机制，此时每三个时间段为一个计量单位。依次为右行，上行，斜行。,3.4.1模型,3.4.2 结果,3.5 二维基本街区模型,3.5.1 模型,如下网格车的运行机制用BML模型,3.5.2 结果,四 城市交通网络的模拟,4.1 道路分类,根据具体交通网络格路段的特性，将路段分为,单行路，双向单车道，双向多车道 等情形。,4.2 转弯机制,1。等概率转弯机制,2。不等概率转弯机制,4.3 交叉口策略,对给定切换周期考虑不同的定时切换策略具体有,1.等时间分配红绿灯,2.按照流量控制红绿灯分配时间,4.4 边界条件,1.闭合边界,2.周期边界,3.开放边界,4.5 结果,下图为大连市交通网络的一个局部,其拓扑图如下：,上图中已根据具体情况将路段分类，现考虑在封闭边界条件下，考虑不同转弯机制及交叉口策略组合对交通效率的影响。,五 进一步可讨论的问题,5.1,立交桥问题。,5.2,超车问题,5.3停车场问题,5.4边界问题（周期边界，开放边界）,5.5交叉口局部的CA模型,5.6红绿灯的协调问题,5.7改善路段作用的模拟,5.8增加路段作用的模拟,