基于跟车行为的交通流微观仿真方法专利名称：基于跟车行为的交通流微观仿真方法技术领域：本发明属于交通流理论中的交通流微观模型领域，涉及一种交通流微观仿真方法背景技术：20世纪中叶开始，交通问题由于其复杂性和实际意义，开始吸引大量科学家对其进行研究元胞自动机(cellular automaton, CA)模型是一种时间，空间和变量都离散的的数学模型，具有规则简单，灵活可调，易于编程等特点，近年来在交通流研究中得到了广泛应用最具代表性的元胞自动机模型是由Nagel和Schrekenberg提出的NaSch模型,该模型可以描述一些实际交通现象，但所模拟的最大交通量小于实测数据，并且不能描述临界点附近的亚稳态性质在NS模型基础上，人们提出了许多改进模型，例如改进加速规则的FI模型，引入慢启动规则的VDR模型，改进减速规则的敏感驾驶模型等；针对NS模型不可超车的局限性，学者们提出了多种单向多车道CA模型，并建立了各种换道规则NS、FI等模型采用并行更新方式，在同一时步的更新过程中，前车在该时步中前进的距离被默认为车辆间的安全距离，造成NS模型模拟的平均车头间距大于实际值和模型的仿真流量偏小发明内容技术问题本发明提供了一种采用小元胞尺寸，可以通过参数对车辆特性和驾驶行为进行精细调节，模型仿真流量和实测数据符合很好，并能描述交通系统的亚稳态和回滞现象的基于跟车行为的交通流微观仿真方法。
技术方案本发明的基于跟车行为的交通流微观仿真方法，包括如下步骤I)起始设定将道路视为由rlength个元胞组成的离散格点链，所述元胞的尺寸为csize，用元胞取值等于I表示道路上该位置被车辆占据，元胞取值等于O表示道路上该位置没有车辆占据，设车辆长度为carsize，从道路起点开始，沿车辆行驶方向给车辆编号，所述车辆编号用i表示，则Vi⑴为第i辆车在t时刻的速度，Xi⑴为第i辆车车尾在t时刻的位置，计算所有车辆车前行驶空间gaPi(t)的初始值，所述初始值为第i辆车的车头与第i+Ι辆车的车尾的间距gaPi(t) = XwW-Xi (t)-carsize, Vmax为车辆的最大速度，acc为车辆加速度，dec为车辆减速度，P为随机减速概率，k为安全驾驶参数，a为从车道上随机抽取的，每个步长更新中的首辆更新车辆的编号，Tl为开始采集仿真数据的时间步长，T2为仿真程序运行的设定总时间步长，设定要建立的基于跟车行为的元胞自动机模型采用周期性边界条件，仿真的初始条件是将车辆根据道路初始车辆密度d均匀分配在道路上，N为分配后车道上车辆总数，所述车辆初速度取O到Vmax间的整数随机值，然后从道路中随机选取一辆编号为a的车辆，其中KaSN;2)将车辆a作为初始更新的车辆，令当前更新车辆编号i=a ；3)对车辆i进行状态更新，具体步骤为31)进行加速过程车辆i按所述步骤I)中设定的车辆加速度acc进行加速，如果ViUHacc大于步骤I)中设定的最大速度vmax，则将最大速度Vmax作为加速后的车速t(o的赋值，否则将Vi (t)+acc作为加速后的车速(O的赋值；32)进行减速过程如果所述步骤31)中得到的的加速后的车速(O大于车前方行驶空间gaPi(t)，则将所述前方行驶空间gaPi (t)的值作为减速后的车速Γ/(O的赋值，否则将步骤31)中得到的加速后的车速O)作为减速后的车速(O的赋值，所述车前方行驶空间gaPi(t)按以下方式确定如果本次减速过程是第一个时刻的第一次减速过程，则gaPi(t)为所述步骤I)中 得到的车前方行驶空间的初始值，否则为上一次更新后的车前行驶空间；33)随机慢化过程车辆按随机减速概率P确定是否进行慢化，如不进行慢化则直接进入步骤34)，否则根据所述步骤I)中设定的车辆减速度dec进行减速后进入步骤34)，所述减速的具体方法为用步骤32)得到的减速后的车速Tl，如是，则统计仿真数据后进入步骤6)，否则令t=t+l，并返回步骤2)6)如果t ( T2，则令t=t+l，并返回步骤2)，否则结束仿真流程。
本发明的步骤33)中，按随机减速概率P确定是否进行慢化的方法为，产生一个服从间均匀分布的随机数k，如果k 具体实施例方式下面通过实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明说明书之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请权利要求所限定的范围内本发明的基于跟车行为的交通流微观仿真方法，流程如图I所示，具体步骤如下I)起始设定将道路视为由rlength个元胞组成的离散格点链，所述元胞的尺寸为csize，用元胞取值等于I表示道路上该位置被车辆占据，元胞取值等于O表示道路上该位置没有车辆占据设车辆长度为carsize，设i为车辆编号，则Vi (t)为第i辆车在t时刻的速度，Xi (t)为第i辆车车尾在t时刻的位置，gaPi(t)为车前行驶空间，其初始值为第i辆车车头和第i+Ι辆车车尾间的距离(gapjt) = Xi+1 (t)-Xi (t)-carsize), Vmax为车辆的最大速度,acc为车辆加速度，dec为车辆减速度(车辆长度，位置，速度，加减速度等参数取值均为实际数值除以元胞尺寸csize)，P为随机减速概率，k为安全驾驶参数，SH为车辆搜索指针的位置，round(x)为对x四舍五入的取整函数，min(x, y.....)返回x, y···中的最小值，a为从车道上随机抽取的，每个步长更新中的首辆更新车辆的编号，d为仿真开始时道路上的车辆密度，Tl为开始采集仿真数据的时间步长，T2为仿真程序运行的总时间步长，设定要建立的基于跟车行为的元胞自动机模型采用周期性边界条件，仿真的初始条件是将车辆根据的密度d均匀分配在道路上，车辆初速度取O到Vmax间的整数随机值，设N为分配后车道上车辆总数；本实施例中设定Vmax = 21 (113km/h), rlength = 5000 (7. 5km), carsize =5 (7. 5m), acc = 4 (6m/s2), dec = 3 (4. 5m/s2), dm = 4 (6m/s2), p = 0. 28，Tl = 10000，T2 =12000，d = 25veh/km。
2)将车辆a作为初始更新的车辆，令当前更新车辆编号i=a ;串行更新过程中，首辆更新的车辆无法考虑前车运动对本车车前空间的影响为消除首辆更新车辆对交通流的迟滞作用，对任意时刻的交通状态演变，更新从同一辆车a开始3)对车辆i进行状态更新，具体步骤为31)进行加速过程车辆i按所述步骤I)中设定的车辆加速度acc进行加速，如果Vi (t)+acc大于步骤I)中设定的最大速度vmax，则将最大速度Vmax作为加速后的车速d)的赋值，否则将Vi (t)+acc作为加速后的车速C(Z)的赋值；32)进行减速过程如果所述步骤31)中得到的的加速后的车速ff (O大于车前方行驶空间gaPi⑴，则将所述前方行驶空间gaPi(t)的值作为减速后的车速F/(O的赋值，否则将步骤31)中得到的加速后的车速作为减速后的车速K/(O的赋值，所述车前方行驶空间gaPi (t)按以下方式确定如果本次减速过程是第一个时刻的第一次减速过程，则gaPi(t)为所述步骤I)中得到的车前方行驶空间的初始值，否则为上一次更新后的车前行驶空间；33)随机慢化过程车辆按随机减速概率P确定是否进行慢化，产生一个服从间均匀分布的随机数k，如果k Tl，如是，则统计仿真数据后进入步骤6)，否则令t=t+l，并返回步骤2)；仿真数据采集方法设车道上车辆总数为N,则密度D = 1000N/ (csize X rlength) (veh/km)，平均速度Ar-IV =—yrAt)xcsizex3.6流量 J = DV (veh/h),平均速差 p匕1 丨等(km/h),_实际应用中可以根据需要采集其他统计数据(如车速的方差，标准差，特定车辆的行驶轨迹和车速变化情况，系统堵塞带长度，堵塞消散时间，交通流中车头间距和车速的分布，等等)6)如果t ( T2，则令t=t+l，并返回步骤2)，否则结束仿真流程。
将仿真程序运行一定时间，消除暂态影响后(一般在IO4时间步后)，可以方便地采集交通流仿真数据，在本例中仅采集了交通系统的流量，密度，平均速度和系统的平均速差几个参数，实际应用中可以根据需要采集的各种统计数据(车速的方差，标准差，特定车辆的行驶轨迹和车速变化情况，系 统堵塞带长度，堵塞消散时间，交通流中车头间距和车速的分布，等等)权利要求1.一种基于跟车行为的交通流微观仿真方法，其特征在于，该仿真方法包括如下步骤 1)起始设定 将道路视为由rlength个元胞组成的离散格点链,所述元胞的尺寸为csize,用元胞取值等于I表示道路上该位置被车辆占据，元胞取值等于O表示道路上该位置没有车辆占据，设车辆长度为carsize，从道路起点开始，沿车辆行驶方向给车辆编号，所述车辆编号用i表示，则Vi⑴为第i辆车在t时刻的速度，Xi⑴为第i辆车车尾在t时刻的位置，计算所有车辆车前行驶空间gaPi (t)的初始值，所述初始值为第i辆车的车头与第i+Ι辆车的车尾的间距gap“t) = Xi+1 (t) -Xi (t) -carsize, Vmax为车辆的最大速度，acc为车辆加速度，dec为车辆减速度，P为随机减速概率，k为安全驾驶参数，a为从车道上随机抽取的，每个步长更新中的首辆更新车辆的编号，Tl为开始采集仿真数据的时间步长，T2为仿真程序运行的设定总时间步长，设定要建立的基于跟车行为的元胞自动机模型采用周期性边界条件，仿真的初始条件是将车辆根据道路初始车辆密度d均匀分配在道路上，N为分配后车道上车辆总数，所述车辆初速度取O到Vmax间的整数随机值，然后从道路中随机选取一辆编号为a的车辆，其中KaSN; 2)将车辆a作为初始更新的车辆，令当前更新车辆编号i=a； 3)对车辆i进行状态更新，具体步骤为 31)进行加速过程 车辆i按所述步骤I)中设定的车辆加速度acc进行加速，如果Vi (t)+acc大于步骤I)中设定的最大速度V_，则将最大速度Vniax作为加速后的车速P(0的赋值,否则将KW + acc作为加速后的车速CW的赋值； 32)进行减速过程 如果所述步骤31)中得到的的加速后的车速if (O大于车前方行驶空间gaPi (t)，则将所述前方行驶空间gaPi(t)的值作为减速后的车速#(O的赋值，否则将步骤31)中得到的加速后的车速P (O作为减速后的车速CO的赋值，所述车前方行驶空间gaPi (t)按以下方式确定如果本次减速过程是第一个时刻的第一次减速过程，则gaPi(t)为所述步骤I)中得到的车前方行驶空间的初始值，否则为上一次更新后的车前行驶空间； 33)随机慢化过程 车辆按随机减速概率P确定是否进行慢化，如不进行慢化则直接进入步骤34)，否则根据所述步骤I)中设定的车辆减速度dec进行减速后进入步骤34)，所述减速的具体方法为用步骤32)得到的减速后的车速全文摘要本发明公开了一种基于跟车行为的交通流微观仿真方法，采用一种新的元胞自动机模型进行交通流微观仿真，包括如下步骤1)起始设定；2)从首辆更新车辆a开始更新；3)对车辆i进行状态更新更新，4)后车的车前行驶空间更新5)采集仿真数据；6)仿真结束条件判断；本发明采用的模型使用小元胞尺寸，可以通过调整参数对车辆特性和驾驶行为进行精细调节，方便不同条件下的交通流仿真模拟。
模型的仿真流量和实测数据符合很好，并能描述交通系统的亚稳态和回滞现象。