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城市交通仿真模型研究

發(fā)布時間:2014-07-28 20:32
  1  交通仿真是20世紀(jì)60年代以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的采用計(jì)算機(jī)數(shù)字模型來反映復(fù)雜道路交通現(xiàn)象的交通分析技術(shù)和方法。從試驗(yàn)角度看,道路交通仿真是再現(xiàn)交通流時間和空間變化的模擬技術(shù),交通仿真是智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的一個重要組成部分,是計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用。利用基于Agent的計(jì)算機(jī)仿真通過模擬交通系統(tǒng)中個體的行為,讓一群這樣的個體在計(jì)算機(jī)所營造的虛擬環(huán)境下進(jìn)行相互作用并演化,自下而上的“涌現(xiàn)”出整體系統(tǒng)的復(fù)雜性行為。文中以Traffic Grid模型為基礎(chǔ),仿真研究了交通系統(tǒng)從而得出停著的車輛數(shù)量,平均等待時間等曲線,為城市規(guī)劃和決策者提供了數(shù)據(jù)。
  2案例分析及結(jié)果
  2.1 案例一
  目前,以城市交通為背景,研究諸如擁堵的形式、傳播、消散、交通流在路網(wǎng)中的優(yōu)化分布、車輛動態(tài)路徑選擇、特殊車輛控制等問題時,無信號燈交叉口車輛通行情況的準(zhǔn)確性表征都是不可缺少的重要一環(huán)[6]。按照上述模型運(yùn)行,當(dāng)在沒有信號燈也沒有人參與的情況下(power?設(shè)置為off),道路為4行3列,車輛數(shù)目為140時的運(yùn)行結(jié)果如圖,當(dāng)在有信號燈沒有人參與的情況下(power?設(shè)置為on),道路為4行3列,車輛數(shù)目為140時的運(yùn)行結(jié)果如圖4
  2.2 案例二
  按照上述模型運(yùn)行,當(dāng)在道路為4行3列,車輛數(shù)目為54時我們得出停著的車輛數(shù)量柱狀圖如圖5,車輛平均速度柱狀圖如圖6,平均等待時間柱狀圖如圖7:
  2.3 分析及結(jié)果
  由案例一可知,在有信號燈參與交通管理下交通卻快速崩潰了(圖3 ticks=3164,圖4 ticks=665,ticks是時間步,筆耕文化傳播,隨著時間延續(xù)而增長),導(dǎo)致這種結(jié)果有多個因素,如信號燈控制不合理、車輛數(shù)目過大超過了道路的承載能力等。
  有案例二可知,車輛平均速度與停著的車輛數(shù)量有一定的關(guān)系,正如二流模型中認(rèn)為的路網(wǎng)宏觀層面的平均行駛速度與路網(wǎng)上車輛的比重的冪運(yùn)算成線性關(guān)系[7].
  3仿真模型
  3.1 總體結(jié)構(gòu)
  道路交通系統(tǒng)包含很多相互關(guān)聯(lián)的實(shí)體,主要有道路(分為路段和交叉口)、信號控制設(shè)施、車輛、駕駛員、行人等。這些實(shí)體有的具有一定程度的自制性和智能性,如駕駛員、行人等,有的是被動的受其他實(shí)體的影響,如路段等。多主體技術(shù)能夠?qū)煌ㄏ到y(tǒng)中的各要素進(jìn)行建模[4],如交叉口、信號燈、交通控制中心等,對這些要素進(jìn)行簡化,建立多主體概念模型。主要Agent有交通路網(wǎng)Agent、車輛Agent、信號燈Agent,其中交通路網(wǎng)Agent參考1979年Herman等[5]提出的二流模型(Two-fluid Model),該模型認(rèn)為交通流有運(yùn)行車輛與停止的車輛組成。
  路網(wǎng)描述:交通路網(wǎng)是道路交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施,承載著車輛的運(yùn)行。交通路網(wǎng)具有復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和集合特征,如果過于復(fù)雜則計(jì)算負(fù)載過重,故分為路段、路網(wǎng)、交叉口三次層管理,路網(wǎng)Agent負(fù)責(zé)存儲維護(hù)整個交通路網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系,為交通實(shí)體提供路網(wǎng)信息。路段Agent負(fù)責(zé)本路段的描述,交叉口Agent包含信號燈對象實(shí)現(xiàn)各入口車道交通流的時間分離,一個路段一個車道。
  信號燈結(jié)構(gòu):信號燈是重要的交通控制設(shè)施,它實(shí)現(xiàn)對交叉口不同流向的車輛進(jìn)行時間分離,減少車輛之間可能的沖突,改善交通安全,提高交叉口流通效率。信號燈控制從本質(zhì)上看,是一個典型的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng),國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對信號燈控制已做出大量研究,也產(chǎn)生許多控制方案,但都有相應(yīng)的局限性,也普遍存在著魯棒性差、不易擴(kuò)展、計(jì)算復(fù)雜等缺點(diǎn)[5],本模型從計(jì)算簡單出發(fā)統(tǒng)一管理信號燈,一次初始化好時間間隔。
  3.2參數(shù)設(shè)置
  設(shè)置部分如圖1。
  各個控件表示的物理意義如表1
  3.3初始化環(huán)境
  環(huán)境是由37×37的網(wǎng)格組成的,通過設(shè)置sliders :grid-size-x=3,grid-size-y=4初始化一個4行3列的道路,其中兩條道路交叉處有紅色和綠色的瓦片分別代表紅燈和綠燈,其中汽車數(shù)目通過設(shè)置slider:num-cars=54,點(diǎn)擊Setup按鈕即形成道路圖,如圖2。
  3.4相關(guān)規(guī)則
  初始時車輛數(shù)目( num-cars )一定要小于路(如圖2中白色的表示道路)的數(shù)量,如果超出則提示警告信息。 如果無人參與此系統(tǒng)則設(shè)置 current-auto? 為 off ,有則設(shè)置 on ,并且通過 current-phase 選擇一個交通燈為控制的交通燈。 此系統(tǒng)如果沒有交通燈的參與則設(shè)置 power? 為 off ,反之則設(shè)置為 on 。 每一個時間步,車子按照當(dāng)前速度向前行駛,如果當(dāng)前速度小于限制速度( speed-limit )并且它們前方?jīng)]有車子,那么它們加速( speed-up )行駛,如果前面的車輛速度小于自己的車速,那么當(dāng)前車子要調(diào)整自己車速和前面的車速一致( slow-down ),遇到紅燈或者停著的車輛,當(dāng)前車輛要停止。

 



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