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分级高速公路交通流能耗分析仿真研究 陈 永，等 分级高速公路交通流能耗分析仿真研究 陈 永，胡晓辉 ，何晓庆 (兰州交通大学电子与信息工程学院 甘肃兰州，730070) 摘 要：以元胞自动机理论为基础，建立了一种新型分级高速公路元胞自动机能耗动力学模型。并以分级路段组成 的青兰高速公路为例，进行了交通流仿真，分析了最大速度、分级路况下的车辆慢化概率对通行能力及交通流能耗的影 响，分析了优等、劣等路段的交通流状况与整个分级高速公路系统交通流状况之间的关系，得到相应的定量分析结论。通 过对分级高速公路能耗进行仿真与分析，为高效运营和管理分级高速公路提供了科学的理论依据。 关键词：元胞自动机 ；高速公路 ；路面等级；能耗；仿真 Abstract：In this case，the paper presents an improved energy consumption of highway grading sections cellular automaton model based on FI trafic mode1．The improved celular automaton model is used for highway trafic flow simulation．Then，the influence of the highway maximum speed and the graded road(vehicle deceleration probability)on the capacity and trafic flow energy consum ption wil be analyzed．Research on complex characteristics of QingLal highway trafic system for example by modeling and simulation SO as to provide scientifc theory for the highway traffic Operation and management later． Key words：Cellular Automata；Highway；Level of Rode；Energy Consum ption；Simulation 中图分类号：TP393；U491 文献标识码：A 文章编号：1001—9227(2013)一01—0044—04 0 引 言 社会经济的迅猛发展促使高速公路交通量急剧增长，同时 更加剧 了交通拥挤与阻塞的紧张局势。目前已采用的缓解高速 公路交通堵塞程度的方法包括三种：入口匝道控制、通道控制及 主线控制，路面等级是高速公路施行主线限速控制的十分重要 的根据【1]。为了研究这种由不同路面等级的高速路段组成的高 速公路的通行能力，有学者提出从实际高速公路交通数据产生 宏观模型状态估计从而进行交通流监控，通过将高速公路划分 成段并分别计算然后用这个方法扩展到更长高速公路段的方 法。但是高速公路局部路段的交通量预测具有黑盒及非线性， 传统方法如非参数回归模型、神经网络模型、卡尔曼滤波等模型 都有独特的信息特征和使用条件 一1，模型由于受到局限性使得 预测结果不能满足具体实施要求。由于交通系统是典型的分布 式系统，元胞自动机模型作为微观交通流仿真的手段之一，具有 易于实现分布式并行计算的优点，对于处理这种由不同等级路 段衔接而成的长段高速公路交通流问题是一种相对更高效的 方法。 同时，交通堵塞引起的能耗问题和环境污染也日益严重。 调查表 明，超过20％的原油消耗和空气污染是由于交通的堵塞 及车辆的时走时停产生。行车速度40km／h减小到10km／h，车辆 收稿 日期：2012-11-25 作者简介：陈永(1979一)，男，甘肃武威人，博士研究生，CCF 会员(E200020279G)，主要研究方向为智能理论及系统仿真。 +基金项目：国家自然科学基金；兰州交通大学 青年科学基金项 目(2011001) 44 的燃料消耗值将增加2到4倍 ，。近年来，国内外学者围绕轨道 交通的能耗进行了相关研究：国外学者首先提出在外界小扰动 条件下车流附加能耗的估算方法 l，国内田欢欢等率先研究元胞 自动机NS模型的能耗问题以及边界效应的影响 I。 本文以元胞 自动机理论为基础，以元胞自动机交通流F1模 型为基础，融入慢启动因素的影响，建立了一种改进的分级高速 公路交通流元胞自动机模型，然后应用该改进模型对 由分级路 段组成的青兰高速公路进行交通流仿真，研究在由不同路面等 级的局部路段组成的高速公路车辆演化情况及其车辆密度、车