基于元胞自动机的交通流模型研究

The Keep-Right-Except-T o-Pass Rule摘要随着经济的发展，更多的车辆进入人们的生活，在现有的交通条件已不能满足车辆的通行需要。

本文基于交通流元胞自动机原理，建立了车流密度与车流量模型，研究分析靠右行驶这一交通规则的交通路况表现。

对车流量及安全性两方面综合评价，而且验证了其适用于左行国家。

最后，模拟和分析智能控制下的超车模型。

问题一中，针对靠右行驶规则定性分析交通路况，基于元胞自动机原理，定义车流密度，从而建立车流量模型。

收据相关数据并运用MATLAB进行做相关性的拟合，引入超车概率、超车密度、超车因子以及安全车距，并结合车流量的定义公式，最终得到车流量的表达式。

绘制相关图形，分析靠右行驶规则与无规则情况下交通畅通和交通拥堵的表现。

问题二中，结合运动学原理，由于国际上超车风险的评估基于超车视距，我们采用超车视距评估风险系数，建立超车视距表达式，从而建立风险系数模型进行分析。

同时兼顾流量和安全，引入风险系数和流量权重,建立综合指数模型。

问题三中，基于靠右行驶规则，通过停车视距、超车视距及超车概率等因素对左行规则进行分析，验证得知改变一些条件时右行规则依旧适用于左行国家。

问题四中，模拟超车系统，结合超车加速度，建立并分析智能交通系统的超车模型。

最后，针对除超车外靠右行驶规则以及左行国家中的交通规则，提出了一些建议与意见。

关键词：靠右规则；车流量模型；风险系数模型；超车模型；智能模拟一、问题重述在一些汽车靠右行驶的国家（比如美国，中国等等），多车道的高速公路常常遵循以下原则：司机必须在最右侧驾驶，除非他们正在超车，超车时必须先移到左侧车道在超车后再返回。

建立数学模型来分析这条规则在低负荷和高负荷状态下的交通路况的表现。

考察流量和安全的权衡问题,车速过高过低的限制，或者这个问题陈述中可能出现的其他因素。

这条规则在提升车流量的方面是否有效？如果不是，提出能够提升车流量、安全系数或其他因素的替代品（包括完全没有这种规律）并加以分析。

—222— 元胞自动机模型在五道口交通流中的应用王硕禾1,2，万健如1，郭永林1，马 胜1(1. 天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072；2. 石家庄铁道学院电气分院，石家庄 050043)摘 要：应用元胞自动机模型对较为复杂的五道口交通流进行研究，通过分析道路因素、车辆因素和车辆运行规则建立五道口交通模型。

四道口通常分东-西、南-北两个相位即可，五道口需增加一个相位，构成三相位控制。

每一相分为6个车道，对车道进行编号以确定车辆具体位置；所有车辆均按一定系数转化成小型车以简化仿真模型，各相位上的车分为绿灯和红灯两种时步分析。

仿真设计平台采用VC++，使用3个定时器产生五道口交通模型的动态画面。

所建模型可对流量和配时参数进行动态设置，模拟复杂的实际交通流，具有良好的可重复性。

关键词：交通流；仿真模型；元胞自动机；五道口Application of Cellular Automaton Model in Traffic Flowof Five CrossingsWANG Shuohe 1,2, WAN Jianru 1, GUO Yonglin 1, MA Sheng 1(1. College of Electric and Automatic Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072; 2. College of Electric Engineering, Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhuang 050043)【Abstract 】Cellular automaton model is applied to analyse the traffic flow of five crossings. This paper establishes traffic model of five crossings by analysing road factor, vehicle factor and the moving rules. Four crossings is usually divided into two phases: east-west phase and south-north phase. But it needs another phase to compose three-phases’control in five crossings. Every phase is separated into six driveways which are numbered to ascertain the vehicles’ positions; all of the vehicles are transformed to subminiature ones; any vehicle in each phase should be analysed according to the color of light which contains two states: green and red. VC++ is chosen to be the emulational tool, three timers are used to produce dynamic menu of five crossings. The model can set the parameters of flux and travel time during the emulation to simulate the actual traffic flow. So the emulation can be well repeated.【Key words 】Traffic flow; Emulational model; Cellular automaton; Five crossings计 算 机 工 程Computer Engineering 第33卷 第8期Vol.33 No.8 2007年4月April 2007·工程应用技术与实现·文章编号：1000—3428(2007)08—0222—02文献标识码：A中图分类号：U491.112社会经济的进步促进了交通发展，然而随着机动车辆的增加，交通拥堵、交通事故等现象日益恶化。

第16卷　增刊3 广西工学院学报 V ol.16　Sup3 2005年10月　JO U RN A L OF GU AN G XI U N IV ERSIT Y OF T ECHNO L OG Y Oct.2005文章编号:1004-6410(2005)S3-0021-03城市交通系统动力学特性研究——带信号灯控制的一维元胞自动机模型研究交通运输　012班　2001021234　赵路敏指导教师:向　宇摘　要:元胞自动机的交通流模型以简单的规则反映交通过程中实际存在的各种复杂因素,并能在计算机上方便实现,从而可以演示这些因素对城市交通系统动态特性的影响。

本文系统阐述了元胞自动机在交通流上的应用,以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟的N S模型,并利用M at lab语言实现了带信号灯控制的一维元胞自动机模型的仿真。

关　键　词:交通流;元胞自动机;计算机仿真Abstract:T he Cellular Autom ata traffic stream mo del can reflect var io us com plicated factor s existing in traffic process w ith a simple rule,and also can be realized w ith com puter,thus it can illustrate the effect of facto rs o n the urban tr affic behavior conveniently.T his paper sy stematically intr oduces the application of the models and the theories of the cellular autom ata theory for the traffic stream mo dels,and describes the mo ving character o f vehicles as changing rules of cellular auto mata.One simulating prog ram w ith lang uag e is w ritten,it is m ainly used to apply to the research of one lane Cellular Autom ata controlled by traffic light.Key words:tr affic stream;cellular automata;co mputer simulation引言近20年来,世界各国虽然基本建成了现代化道路网,但随着经济的发展,路网通行能力已经满足不了交通量增长的需要,交通拥挤、道路阻塞和交通事故频繁发生正在越来越严重地困扰着我国的大、中城市。

一维单车道交通流元胞自动机模型综述作者：叶冬樊镭来源：《物联网技术》2013年第05期摘要：随着交通流模拟的需要及智能交通系统的发展，出现了基于元胞自动机理论的交通流模型。

交通流模型是交通理论研究的重要问题，交通流元胞自动机模型的出现和发展为交通流理论的研究提供了一种新的方向。

文章主要介绍了单车道交通流元胞自动机模型，并对元胞自动机模型的发展提出了展望。

关键词：元胞自动机；单车道；交通流模型中图分类号：TP301；U491 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）05-0023-030 引言现代社会普遍面临严重的交通问题，对交通流理论的研究可以建立能描述实际交通一般特性的交通流模型，以揭示控制交通流动的基本规律，从而有效地进行交通规划、交通管理与控制以及交通能源节约等方面的研究。

传统的交通流模型主要有车辆跟驰模型、流体动力学模型、车辆排队模型等。

元胞自动机（CA）模型是近年来发展起来的一种时间和空间都离散的动力学系统模型。

散布在栅格（lattice grid）中的每一个元胞都有有限个状态，它们遵循同样的规则作同步更新，大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。

交通流元胞自动机模型简单，易于在计算机上实现，并且能够再现各种复杂的交通现象，以反映交通流特性，如平均速度、密度、流量等参数。

1 交通流元胞自动机的历史起源元胞自动机的创始人是著名的计算机科学家Von Neumann。

他在1948年模拟生命的自我复制功能时，构造了一个由二维方形网格组成，由数千个基本元胞构成的自繁殖结构，每个元胞有29个可能的状态[1]，演化规则依赖于每个元胞的状态及其四个最近邻元胞（即东南西北四个邻居元胞）的状态的自动机。

但限于当时的计算机水平，没有得到足够的重视。

随后，到20世纪60年代，以Langton为首的一批科学家，以元胞自动机为工具展开了对人工生命的深入研究，通过计算机模拟来更加充分地认识真实生命和生命形式的特性。

基金项目:陕西省自然科学基金项目(2005F45)收稿日期:2008-06-19　修回日期:2008-07-15 第26卷　第8期计　算　机　仿　真2009年8月 文章编号:1006-9348(2009)08-0246-03基于元胞自动机的行人模型仿真研究陈志鹏,薛惠锋,寇晓东(西北工业大学自动化学院,陕西西安710072)摘要:为了直观地显示行人行走的特性以及与车流之间的相互作用,在分析行人交通特性后,以元胞自动机(CA )和规则描述为理论基础,提出基于CA 的行人仿真模型,利用VC 建立相对于其他交通对象的行人避让模型,最后用OpenG L 对模型进行可视化渲染。

方法以模型与现实世界的高相似性有效克服了精确数学模型在仿真行人交通时的难题。

结合行人CA 模型和行人避让模型开发了混合交通流仿真试验原形系统。

仿真结果表明,方法有效地模拟了现实交通状况,在城市交通规划、交通需求管理和交通控制等领域有广泛的应用前景。

关键词:元胞自动机;行人交通流;系统仿真;冲突/避让模型中图分类号:TP29 文献标识码:AS i m ul a ti on of Pedestr i a n M odel Ba sed on Cellul ar Auto ma tonCHEN Zhi -peng,XUE Hui -feng,K OU Xiao -dong(College of Aut omati on,North western Polytechnical University,Xi πan Shanxi 710072,China )ABSTRACT:After analyzing the characteristics of pedestrian trans portati on,its si m ulati on model based on cellularaut omat on (C A )is p r oposed,which makes CA and rule descri p ti on as its theoretical foundati on .Then a pedestrian avoiding model is put f or ward .For its high comparability bet w een the model and real world,this technique s olves the p r oble m met by mathe matic modeling when si m ulating pedestrian trans portati on .Finally a si m ulati on experi m ent p r o 2t otype syste m of hybrid trans portati on fl ows is devel oped by combining the pedestrian CA model with the pedestrian a 2voiding model .The results of si m ulati on show that this technique can si m ulate the realistic trans portati on conditi on ef 2fectively,and will be widely used in the fields such as city trans portati on p r ogra mm ing,trans portati on de mand man 2age ment and trans portati on contr ol .KE YWO RD S:Cellular aut omat on (CA );Pedestrian trans portati on fl ow;Syste msi m ulati on;Conflicting/avoiding model1　引言20世纪90年代中后期以来,中国城市化水平不断提高,城市交通压力随之增大。

元胞自动机的研究及模型的建立的开题报告一、选题背景在现代科技的发展中，元胞自动机（Cellular Automaton, CA）是一项十分重要的科学研究领域。

元胞自动机是指由格子上的“元胞”组成的自动机，每个元胞的状态随时间改变，由元胞的邻居决定。

元胞自动机领域的研究，不仅可以帮助我们更好地理解自然现象，例如混沌、生命遗传、流体力学等，而且也可以应用于社会现象、经济学、物理学等领域。

目前，元胞自动机最常见的应用之一是建立模型来预测自然灾害、交通流、环境污染等实际问题的发生和传播机理，并提出有效的解决方案。

此外，元胞自动机还可以被用于设计新型的计算机编程语言和计算方法，解决算法问题，提高计算效率。

二、选题意义元胞自动机的研究对于人类的科学发展以及生产生活具有重要的意义和价值。

1.深入研究和理解自然现象。

元胞自动机可以建立物理、生物、化学等领域的模型，可以帮助科学家们更好地理解自然现象的本质。

2.应用于实际问题的解决。

通过元胞自动机的研究，可以建立相应的模型预测自然灾害、交通流、环境污染等问题的发生和传播机理，并提出解决方案。

3.推动科技发展。

元胞自动机不仅可以用于实际问题的解决，而且也可以被用于设计新型的计算机编程语言和计算方法，解决算法问题，提高计算效率。

三、研究目标和计划本次研究旨在深入探讨元胞自动机的研究和应用，主要包括以下目标和计划：1.了解元胞自动机的研究背景和发展历程，掌握其基本概念、理论模型和计算方法。

2.探讨元胞自动机的应用领域，包括自然灾害预测、交通流、环境污染等，总结国内外研究现状，提出值得研究的问题。

3.基于元胞自动机理论，建立相应的模型，探索模型的特点和规律，并应用于实际问题的研究。

4.比较不同元胞自动机模型的优缺点，提出相应的改进方法，完善相应的计算方法。

5.总结研究成果，撰写论文并进行论文答辩。

四、研究方法和技术路线在研究元胞自动机理论的同时，需要运用计算机编程技术来建立模型和进行模拟，探索模型的特点、演化规律和应用场景。

基于元胞自动机的激进型驾驶行为换道模型丁深圳;杨晓芳;王百里【摘要】为研究实际高速路激进型驾驶行为对交通流的影响,对NGSIM中80号州际公路(I80)数据进行分析.通过对数据中车头间距、车辆换道等参数的分析,提出了针对激进型驾驶行为的换道模型.运用元胞自动机,在单车道VDR模型和双车道STCA模型基础之上采用动态换道概率并建立了ISTCA模型.通过对不同道路密度条件下换道行为进行模拟仿真,并与STCA模型进行对比分析.仿真分析表明,在一定密度范围内,ISTCA模型能有效提高道路的通行能力.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)004【总页数】5页(P48-52)【关键词】交通工程;激进型驾驶行为;元胞自动机;换道模型;双车道【作者】丁深圳;杨晓芳;王百里【作者单位】上海理工大学交通工程系,上海200093;上海理工大学交通工程系,上海200093;上海理工大学交通工程系,上海200093【正文语种】中文【中图分类】U491;TP391.9驾驶员的驾驶行为研究作为一个复杂的过程，近年来受到学者们的广泛关注。

基于元胞自动机的驾驶行为研究主要分为跟驰行为和换道行为两部分。

其中，具有代表性的有Nagel和Schreckenberg提出的NaSch模型[1]和Wolf等人提出的STCA换道模型[2]。

NaSch模型为单车道跟驰模型，属于可描述道路交通流基本特征的最小化模型。

基于NaSch模型，人们提出了诸多改进模型。

例如，为体现亚稳态和回滞现象所提出的TT(Takayasu-Takayasu)模型、Benjamin，Johnson 和Hui(BJH)模型以及Barlovic等人提出了依赖于速度的随机慢化模型[3-5]。

然而在实际交通中，换道超车现象普遍存在，为模拟更加切合实际的交通，Wolf等人提出了双车道元胞自动机模型(Symmetric Two-lane Cellular Automata，STCA)，该模型把车辆分为快车和慢车两类，从对称性和非对称性换道两个方面进行研究发现，非对称性换道模型更有利于保障快车速度收益[2]。

技术创新《微计算机信息》(测控自动化)2009年第25卷第9-1期360元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》博士论坛基于元胞自动机的机场场面交通仿真模型Simulation Model of Airport Scene Traffic Based on Cellular Automaton(中国民航大学)衡红军孙晟武娟HENG Hong-jun SUN Sheng WU Juan摘要:随着我国民用航空的迅速发展,机场负荷不断加大,给机场管理带来较大的压力,建立机场场面交通仿真系统是一种有效的措施。

本文针对机场场面复杂路网的交通特性,在NS 模型的基础上,重新设定了元胞的属性,将机场转化成多一维元胞自动机模型,并对机场场面交通进行了模拟仿真。

结果表明该模型能较合理的表现机场上飞机的行为规则。

关键词:元胞自动机;机场场面交通;仿真模型中图分类号:TP15文献标识码:B Abstract:Along with rapid development of our civil aviation,the airport load enlarges unceasingly,which brings the tremendous pres -sure for the airport management,and one of the effective methods is establishing a reasonable analogous system of airport scene traf -fic simulation.With the characteristics of the airport scene complex road network traffic being considered,on the basis of NS model this paper established the corresponding property of cellular,and translated the airport into Multi-strip one-dimensional cellular au -tomaton model,then carried out a simulation of airport scene through this model.The results showed that the model can be reason -able to performance the aircraft ’s rules at the airport.Key words:Cellular Automaton;airport scene traffic;simulation model文章编号:1008-0570(2009)09-1-0036-031引言机场是航空运输系统的重要基础设施，近年来，随着社会经济的迅速发展，我国民航行业客货运输总周转量保持着15%左右的年增长率，并保持着强劲的增长势头，这样势必会增加机场的负荷，给机场的正常运转和管理带来较大的压力，尤其对机场容量和航班安排的合理性要求有更准确的分析。

基于元胞自动机的动态路段走行时间计算模型王红霖;焦朋朋;孙文博【摘要】为建立合理的动态交通网络中路段走行时间模型，分析了动态路段走行时间函数的一般形式，对比国内外常用的几种离散型动态路段走行时间函数，基于元胞自动机交通流模型，建立了动态路段走行时间模型。

模型可以根据实际路段驶入率、驶出率，推算出任意时刻进入路段车辆的走行时间，并利用M atlab对模型进行求解和数值分析。

结果表明，车辆进入路段后的交通状态是动态路段走行时间的主要影响因素；根据累积驶入驶出车辆数曲线可以直接求出动态路段走行时间，能够为动态交通网络中路径走行时间求解奠定基础。

%This study analyzed function of travel times on dynamic links ,investigated several frequently used dis‐crete functions of travel time on dynamic links ,and proposed a model of travel time estimation on dynamic links using cel‐lular automation traffic flow model .The proposed model is capable of obtaining the travel times of vehicles entering the corresponding dynamic link at any time ,based on the actual entering and exiting trafficvolumes .The results show that the traffic status on correspondinglink ,which could be obtained from the functions of cumulative arrival and departure traffic volumes ,is the main factor affecting travel times on dynamic links .The proposed model provides a new method to estimate travel times on a dynamic road network .【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P69-73,79)【关键词】智能交通;动态路段;走行时间;元胞自动机;动态交通网络;交通仿真【作者】王红霖;焦朋朋;孙文博【作者单位】北京建筑大学北京市城市交通基础设施建设工程技术研究中心北京100044;北京建筑大学北京市城市交通基础设施建设工程技术研究中心北京100044;航天长征化学工程股份有限公司北京 101111【正文语种】中文【中图分类】U1210 引言作为系统解决城市交通问题的重要手段之一，智能交通系统（intelligent transportation system，ITS）是建立在正确分析交通流实时以及未来分布形态的基础之上，这一分析需要建立城市动态交通网络分析模型，而动态路段走行时间函数是其重要组成部分。

基于元胞自动机的施工场内交通流建模及安全分析
季学斌;王慧;宋春跃
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2017(051)010
【摘 要】在元胞自动机(CA)模型的基础上,建立水电工程施工场内的交通流模型.考
虑道路的纵坡坡度、驾驶员心理素质和车辆性能的差异的影响,定义随机慢化概率
和换道概率.为了研究交通事故与车头距的关系,引入交通事故发生规则,在低速和中
速两种情况下分析不同车头距下发生交通事故的可能性.通过对实际数据与仿真结
果的对比,验证了交通流模型的正确性.在低速和中速两种情况下仿真得到的安全距
离与相应规范的实际数值的误差均在允许范围之内.

【总页数】7页(P2005-2011)
【作 者】季学斌;王慧;宋春跃
【作者单位】浙江大学控制科学与工程学院,浙江杭州310027;浙江大学控制科学
与工程学院,浙江杭州310027;浙江大学控制科学与工程学院,浙江杭州310027

【正文语种】中 文
【中图分类】U491
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玥
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