[发明专利]基于元胞自动机模型的城市路网交通流仿真设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通工程技术领域，尤其涉及一种城市路网交通流的仿真设计方法。

背景技术

交通仿真是随着计算技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂交通现象的交通分析技术和方法。近几十年来，不同领域的研究者从各自的角度对道路交通流的特性进行了分析，建立了许多交通流理论和模型。其中，二维元胞自动机模型是研究城市路网交通流的有效工具。但是，现有的元胞自动机模型都对交通的局部规则进行了大量简化，很难真实反映交叉口复杂的车流运行状态，这大大降低了模型在交通仿真中的真实性。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种基于元胞自动机模型的城市路网交通流仿真设计方法，该方法可真实反映交叉口复杂的车流运行状态，提高在交通仿真中的真实性。

一种基于元胞自动机模型的城市路网交通流仿真设计方法，其包括以下步骤：

(一)，建立城市路网：

城市路网由S×S条道路组成，每条道路包括相向行驶的两个车道，每条车道被分割成L个元胞，以使每个元胞容纳一辆车，其中该S×S条道路形成多个交叉口，交叉口停车线前方设禁止变换车道线，交叉口处的元胞包括交叉口内元胞和交叉口外围元胞，交叉口外围元胞设于交叉口内元胞的周围，S和L均为正整数；

(二)，建立车道上的车辆更新规则：

(1)车按照换道规则进行换道；

(2)换道后，各条车道上的车按照单车道模型规则前进；

(三)，建立交叉口处的车辆更新规则：

(1)交叉口内元胞上的车辆更新规则，如果车前方的元胞是空的，则车在当前时间步结束时向前移动一个元胞，否则，车将停车等待；

(2)交叉口外围元胞上的车辆更新规则，如果车前方的元胞是空的，且交叉口内不存在车试图占用该元胞，则车向前移动一个元胞，否则，车将停车等待；

(3)避免死锁规则，当交叉口内元胞为空，且交叉口外围元胞均被直行或者左转车辆占据时，从交叉口外围元胞的车中随机选择一辆车停车等待，其余的车则前进一个元胞；

(四)，将N辆车随机分布于城市路网的元胞上以作为起始地，并为每辆车随机分配另一个元胞分别作为目的地，车选择起始地与目的地之间距离最短的路完成出行，当车到达目的地后，再随机选择新的目的地，继续在城市路网上行驶，其中，车遵循步骤(二)以及(三)的规则行驶，城市路网的交叉口内的元胞不作为起始地和目的地，N为正整数；

(五)，采集步骤(四)的车的出行数据，并进行计算和分析，用以评价城市路网的交通流的特性。

其中，步骤(二)中所述车按照换道规则进行换道是指在禁止变换车道线前，车允许借反向车道超车，如果车在反向车道行驶到禁止变换车道线时还没有机会换回本道，则在禁止变换车道线前停车，等待机会换回本道，其中所述本道为与车辆行驶方向一致的车道，所述反向车道为与车辆行驶方向相反的车道。

其中，步骤(二)中所述单车道模型规则包括加速、减速、随机慢化和纵向位置更新这四个规则，具体如下：

(1)加速规则，

若v_n<v_max，则v_n+1；

若v_n＝v_max，则v_n不变，

其中，v_n表示第n辆车的速度，v_n为0到v_max之间的任意一个整数，v_max为最大速度；

(2)减速规则，

若H_n＝0，则v_n→min(v_n,d_n,s_n-d_avoid)；

若H_n＝1时，包括无信号灯控制时和有信号灯控制时两种情形，其中，

在无信号灯控制时，v_n→min(v_n,d_n,s_n)，

在有信号灯控制时，

当前方交叉口信号灯为红灯，或者前方交叉口内存在车试图占用前方停车线内第一个元胞时，v_n→min(v_n,d_n,s_n)；