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60年代以來，隨著計算機技術(shù)的進步而發(fā)展起來的采用計算機數(shù)字模型來反映復雜道路交通現(xiàn)象的交通分析技術(shù)和方法。從試驗角度看，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輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，是計算機技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用。利用基于Agent的計算機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算機所營造的虛擬環(huán)境下進行相互作用并演化，自下而上的“涌現(xiàn)”出整體系統(tǒng)的復雜性行為。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確性表征都是不可缺少的重要一環(huán)[6]。按照上述模型運行，當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時的運行結(jié)果如圖，當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時的運行結(jié)果如圖4
2.2 案例二
按照上述模型運行，當在道路為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)中的各要素進行建模[4]，如交叉口、信號燈、交通控制中心等，對這些要素進行簡化，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），該模型認為交通流有運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，承載著車輛的運行。交通路網(wǎng)具有復雜的拓撲結(jié)構(gòu)和集合特征，如果過于復雜則計算負載過重，故分為路段、路網(wǎng)、交叉口三次層管理，路網(wǎng)Agent負責存儲維護整個交通路網(wǎng)的拓撲關(guān)系，為交通實體提供路網(wǎng)信息。路段Agent負責本路段的描述，交叉口Agent包含信號燈對象實現(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，它實現(xiàn)對交叉口不同流向的車輛進行時間分離，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，是一個典型的復雜適應(yīng)系統(tǒng)，國內(nèi)外相關(guān)學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、不易擴展、計算復雜等缺點[5]，本模型從計算簡單出發(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，車子按照當前速度向前行駛，如果當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，當前車輛要停止。
本文編號：6800
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確性表征都是不可缺少的重要一環(huán)[6]。按照上述模型運行，當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時的運行結(jié)果如圖，當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時的運行結(jié)果如圖4
2.2 案例二
按照上述模型運行，當在道路為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)中的各要素進行建模[4]，如交叉口、信號燈、交通控制中心等，對這些要素進行簡化，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），該模型認為交通流有運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，承載著車輛的運行。交通路網(wǎng)具有復雜的拓撲結(jié)構(gòu)和集合特征，如果過于復雜則計算負載過重，故分為路段、路網(wǎng)、交叉口三次層管理，路網(wǎng)Agent負責存儲維護整個交通路網(wǎng)的拓撲關(guān)系，為交通實體提供路網(wǎng)信息。路段Agent負責本路段的描述，交叉口Agent包含信號燈對象實現(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，它實現(xiàn)對交叉口不同流向的車輛進行時間分離，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，是一個典型的復雜適應(yīng)系統(tǒng)，國內(nèi)外相關(guān)學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、不易擴展、計算復雜等缺點[5]，本模型從計算簡單出發(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，車子按照當前速度向前行駛，如果當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，當前車輛要停止。
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