基于元胞自动机原理的微观交通仿真模型.pdfVIP

2005年5月 2005 重庆大学学报(自然科学版) May of Joumal Science V01．28No．5 第28卷第5期 ChongqingUniVersity(NaturalEdition) 文章编号：1000—582x(2005)05—0086—04 基于元胞自动机原理的微观交通仿真模型+ 孙跃，余嘉，胡友强，莫智锋 (重庆大学自动化学院，重庆400030) 摘要：描述了一种对高速路上的交通流仿真和预测的模型。该模型应用了元胞自动机原理对复 杂的交通行为进行建模。这种基于元胞自动机的方法是将模拟的道路量离散为均匀的格子，时间也采 用离散量，并采用有限的数字集。同时，在每个时间步长，每个格子通过车辆跟新算法来变换状态，车辆 根据自定义的规则确定移动格子的数量。该方法使得在计算机上进行仿真运算更为可行。同时建立了 跟车模型、车道变换的超车模型，并根据流程对新建的VP算法绘出时空图。提出了一个设想：将具备 自学习的神经网络和仿真系统相结合，再根据安装在高速路上的传感器所获得的统计数据，系统能对几 分钟以后的交通状态进行预测。 关键词：元胞自动机；交通仿真；数学模型 中图分类号：TPl5：TP391．9 文献标识码：A 间，空间被分成一种规则的格子，每个格子在简单情况 1元胞自动机 下可取0或1状态，复杂一些的情况可以取多值。在每 生物体的发育过程本质上是单细胞的自我复制过 一个时间间隔，网格中的格点按照一定的规则同步地更 程，50年代初，计算机创始人著名数学家冯·诺依曼 新它的状态，这个规则由所模拟的实际系统的真实物理 (VonNeum肌n)曾希望通过特定的程序在计算机上实机制来确定。格点状态的更新由其自身和四周邻近格 现类似于生物体发育中细胞的自我复制…，为了避免当 点在前一时刻的状态共同决定。不同的格子形状、不同 时电子管计算机技术的限制，提出了一个简单的模式。 的状态集和不同的操作规则将构成不同的元胞自动机。 把一个长方形平面分成若干个网格，每一个格点表示一 由于格子之间在空间关系不同，元胞自动机模型分为一 个细胞或系统的基元，它们的状态赋值为O或l，在网格 维、二维、多维模型。在一维模型中，是把直线分成相等 中用空格或实格表示，在事先设定的规则下，细胞或基 的许多等分，分别代表元胞或基元；二维模型是把平面 元的演化就用网格中的空格与实格的变动来描述。这 分成许多正方形或六边形网格；三维是把空间划分出许 样的模型就是元胞自动机(ceUular跚to瑚ta)。 多立体网格。一维模型是最简单的，也是最适合描述交 80年代，元胞自动机以其简单的模型方便地复制 通流在公路上的状态。 出复杂的现象或动态演化过程中的吸引子、自组织和混 2基于元胞自动机的交通仿真模型的优点 沌现象而引起了物理学家、计算机科学家对元胞自动机 模型的极大兴趣…。一般来说，复杂系统由许多基本单 目前，交通模型主要分为3类： 元组成，当这些子系统或基元相互作用时，主要是邻近 1)流体模型(Hydrodyn锄icModel)，在宏观上，以 基元之间的相互作用，一个基元的状态演化受周围少数 流体的方式来描述交通状态； 几个基元状态的影响。在相应的空间尺度上，基元间的 2)跟车模型(Car—followingModel)，在微观上， 相互作用