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1、基于元胞自动机理论的交通流模拟研究进展陈军华赵凛张星臣!北京交通大学交通运输学院“摘要#回顾了元胞自动机理论在交通流模拟中的研究历程$分析了其应用的范围%方法$指出了目前研究的不足和缺陷 9 ? J ; D E D 年提出的一维交通流0 1模型?5模型为基础2 A研究城 市网络交通的模型2美国科学家B C D ( ) 8 9: ;* E ,于- = = 年提出的二维交通流0 1模型?B FG模型为基础20 1在交通模拟中的详细发 展过程可见表- 2表H 0 1发展历程表模型类别模型规则描述模拟主要成果一 维0 1 模 型基 本 模 型基 于5 的 改 进 模 型5模型* ,速率 模型* - Z
2、 ,基于跟车思想的5模型* - / ,双车道模型K换道规则Q* - + ,双向行驶 模型* - T ,! e增加周期性的信号控制* - ,! f设置路障* ,! g各车辆可以转向* Z ,! h车辆可 以改道行驶“避绕前方堵塞* / ,! i路网中设置双向 车 道* + ,2模拟具有 不 同 特 征 的 城 市道路网车流的情况“并 对这些交 通 特 性 对 道 路 网的影响进行分析评价2jZ-j基于元胞自动机理论的交通流模拟研究进展?陈军华赵凛张星臣- . /号规则的#$ % ? A ! B C提出的双向行人流模型4徐高A ! D C针对地铁车站人员疏散进行了元胞自动机的仿真研究4杨立中等A
3、! E C利用元胞自动机研究了火灾中人员逃生的模型$都从不同角度对行人流进行了研究$但这些研究还不够深入/1 F 3大规模的城市交通网络模拟“ #具 有优越的并行计算特点$非常适于大规模城市交通网络模拟/在G “机或工作站上$运转! H BI! H B 1有B J H万个交点3方点阵上的“ #模型$ 是一件简单的事情/以目前国内最大的城市上海来说$上述交点数已远远超过了城市的道口数/然而$现实中城市的交通网络在拓扑上并不等价于二维的理想方点阵/如何把实际城市的交通网络变为可以方便地运用元胞自动机模型的点阵$还有很多技术上的问题需要解决$但这只是人力的投入问题A ! K C/9研究展望“ #为解
4、决交通问题提供了一个有力的工 具$但是要想使它在交通运输领域得到进一步应用$还要继续以下工作/1 2 3元胞自动机中元胞空间的划分因此$结合城市交通实际的道路+路网情况来划分元胞空间将是下一步继续努力的方向/1 ! 3对行为规则的抽象描述尽管近年来随着“ #在交通运输中的不断应用$其状态更新规则已经得到极大的丰富$但是与真实交通系统中的个体行为还有一定差距$比如对于出行者在路网中的学习机制$出行者的经验利用等$都还未能在目前的模型中刻画出来/1 9 3与人工智能技术+多智能体技术的结合 在目前的相关研究中$无论是关于交通流的模拟$还是行人流的模拟$均忽略了对运动主体LL车1或交通流中的驾驶员及
5、行人流中的行 人3的智能决策因素$这些恰恰是交通系统复杂性的重要原因之一/多智能体技术为研究提供了新的思路/将占据元胞空间的驾驶员或行人个体视为智能体$在交通流研究中引入驾驶员在交叉口的决策判断机制+学习机制$甚至于出发时间选择+路径选择$等等/在行人流的研究中则可以描述行人对环境的适应行为$对行动路线的选择等/因此$可以考虑与人工智能技术结合起来进一步加强局部个体的智能性$进而观察系统整体的演变过程/1 F 3分析工具目前的分析工具主要是基本图和时空图$如能与可视化工具结合在一起$将更加有助于对问题的理解/1 H 3与并行计算技术的结合随着“ #模型的不断改进$规则越来越完善$但随之而来的是
6、局部更新过程时对于规则判断的计算量增加$从而有可能影响计算效率/因此$在以后的研究中还应该考虑如何利用并行计算技术$如专门的并行计算机或利用G “机将作业分解+ 并行执行来更好地发挥“ #并行计算的优点/1 B 3模 型 的 参 数 标 定 问 题目 前 大 多 数“ #模型缺少实际的数据验证$基本上是按自己给定的各种参数来控制模拟程序的进行/比如随机慢化概率+加速概率+减速概率等$要解决实际交通问题需进行相应的调查$然后对这些参数进行标定才能使用/F结语“ #模型用简单规则演化复杂现象的这一 本质特征$可以用于模拟解释交通流中的许多复杂现象$如时走时停波的产生和消散$堵塞的滞后现象$等等/“
7、 #模型的并行计算特点使其在大规模路网模拟中大显身手$解决了传统模型中遇到的几何级数增长的问题/作为研究交通流理论的新兴理论模型$ “ #的研究前景广MF2M管理学报第!卷增刊N! O O H年D月5是指在一个信号周期长内的各相位绿灯时间与周期长 之比/阔!建立在其基础上的计算机模拟模型应用范围也是广泛的!目前研究的有交通信号的配适“道口#匝道口$的车流控制“交通路网规划!等等%本文指出了目前研究的不足!主要是忽略了对模型主体个性的分析!提出了将人工智能技术“多智能体技术与, : , 81C D 8G . H ? ! ) K O !L L # O $ ) N ( *U4 - , : 8! )
8、K K M ! # ) _ ) L $ ) M N ) M P( *B T X T , 1! A ? . , a 4 ? . , W8R F 4 J J , =B 0 C V , :) D& , : -3, / .Q, - .I Z 8Y ! ) K K L !L ) # $ M K K NM K ) ( ) *R 4 X 4 H 4 ? T1! R 4 X 4 H 4 ? TQ8) e BUC , ? 88) K K M ! # ) _ ) L $ ) M N ) M P( ) M *7 4 F 0 C , =E !I 4 : / 8Y !M ) ! # $ ( ) *董力耘!薛郁!戴世强8
9、基于跟车思想的一维元胞自 动机 交 通 流 模 型( 2 * 8应 用 数 学 和 力 学! M M ! M O# $ O O ) NO O ( ) L *E , = X 8Y !) K K !L # M $ ) M L N) O P( ) *I , 5C :G ! 6 T / C V, / d Q8& 8Y ! ) K K !L P # M $ M ) NM ( ) P *Q4 5, DY d _ l 4 . F 4 C T H !l C T a , F7 8Y ! ) K K L !L ) # M $ K M M NK M ( M * R 4 X 4 ? . ,U4 - 4 / 4 : ,
10、 8 2 4 55, : - R F 4 : ? , / , C : , : / . 8Y 8 !) K K O ! # L $ O M K NO M K ( M ) *谭惠丽8交通灯控制下主干道的交通流研究( 2 * 8物 理学报!M O ! L M # L $ ) ) M P N) ) O )( M M *U4 - 4 / 4 : , R8Y J J 8Y 8 !) K K O ! # $ ) P L N ) P ( M * U4 - 4 / 4 : ,R8 Y J J C , D , : - R T F : C :2 4 55, : - R F 4 : ? , / , C : , : R
11、 VC _ b , 5 : ? , C : 4 0 / F 4 J J , =B 0 C V 1C D 0 ( 2 * 8G . H ? 8I C = 82 4 Z 4 : ! ) K K ! O # $ ) M M N) M O )( M L * & . C Z 4 F D 7 !+ T / . ,G 9!kT 0 C dG 8 & 0 0 T 0 4 FT / C 54 / 4 1C D 0 C J & 4 F R F 4 J J , = , :R VC _b , 5 : ? , C : 4 0 I / F / U / VC F X ? ( 2 * 8G . H ? 88 !) K K !
12、M K M O M L NM O O ( M *7 0 T S 2 !D 0 F2+ 8& 0 0 T 0 4 FT / C 54 / 41, = F CI , 5T 0 4 / , C :J C F1C D 0 , : -7 , M D , F = / , C : 4 0G D ? / F , 4 :34 0 X V4 H ?( 2 * 8 J C F / . = C 5, : - , : R F 4 : ? Z C F / 4 / , C :E ? 4 F = .7 M 1Y R Q!M ) !O L# O $ M K O NO ) M( M P *徐高8地铁车站人员疏散的计算机仿真研究( 2 * 8现 代隧道技术! M O # M $ O M NO ! L( M *杨立中!方伟峰8基于元胞自动机的火灾中人员逃 生的模型( 2 * 8科学通报! M M ! P # ) M $ K NK )( M K *顾国庆!范炳全8交通系统的元胞自动机模型( 2 * 8 系统工程理论方法应用! ) K K L ! # ) $ ) M N) P作者简介陈军华# ) K M N$ !男!汉族!福建南平人%北京交 通大学#北京市) $交通运输学院博士研究生% 研究方向为交通运输规划与管理%nL)n基于元胞自动机理论的交通流模拟研究进展oo陈军华赵凛张星臣
