交通模拟指导纲要.docVIP

瓶颈路段交通流的微观模拟 仿真系统的一般描述： 在屏幕上显示瓶颈路段的平面图，对每一进入瓶颈路段的车辆，仿真系统必须仿真车辆在瓶颈路段运动的全过程。包括：车辆进入瓶颈路段，车辆的加、减速，车辆的变道，车辆驶离瓶颈路段等。瓶颈路段车辆运动的全过程必须在可视化（即动态图形仿真）。系统在结束仿真时必须能输出交通流的各种参数。 要点： 一．软件界面 软件界面包括仿真参数输入界面和交通流动态仿真界面两大部分。 仿真参数输入界面：可用VB作多个参数输入窗体，将输入的参数用数据文件的形式保存。 交通流动态仿真界面：绘制瓶颈路段平面图，显示系统时钟等提示内容。 二．仿真技术 采用微观随机仿真模型，即仿真每一辆车运动的全过程，车辆的运动参数是随机的。 采用时间驱动模拟机制，扫描的时间步长为0.5秒。即每隔0.5秒扫描并确定系统中所有车辆的状态（位置、速度等），更新系统中车辆的输入和输出。 三．交通流模型 1车辆的到达 瓶颈路段上车辆的到达是随机的，不仅车辆到达的时刻是随机的，到达车辆的车型、到达的初速度、到达车辆驾驶员的驾驶特性也是随机的。在本模型中车辆的到达时刻用到达车辆与上一到达车辆的车头时距表示。 驾驶员的驾驶特性用与驾驶行为关系较大的躁急度表示,此处的躁急度综合了驾驶员的个性和该次出行的缓急程度。 设集合A，P，T，V中的元素分别为车型类别、驾驶员类型、到达时刻和到达初速度。在本模型中，各集合为： A={小汽车，中型货车，重型货车，公共汽车}； P={急，一般，不急}； T={}； V={} 其中，A和P的元素是离散的。A集合中各元素出现的概率可以通过具体路段的交通调查得到，对P集合中的元素，可根据经验取值。 集合T和V中的元素是连续的。由于本模型研究的是非拥挤车流，t服从负指数分布，即。一般情况下可认为速度v服从正态分布。 车辆到达模型 车辆到达的车头时距分布符合负指数分布，即车头时距大于秒的概率为： 　　　　， 式中，为平均的车辆到达率。 　　设为[0,1]之间的随机数，则有： 　　， . 解得车头时距ｔ： 　　　 ， 则车辆的到达时间可以表示为： 　　　 ， 式中为下一辆车到达时间，为上一辆车到达时间。 2 车辆的加减速 车辆在瓶颈路段的加减速可以分为两种情况：保持在一个车道行驶的加减速和变换车道所需的加减速。两种情况下的加减速动机和行为都不相同，下面分别讨论。 2.1保持在一个车道行驶的加减速 车辆行驶时由于下述原因需加速或减速：对前车的状态改变作出反应，对路面突发事件作出反应，为了得到驾驶员的期望速度。加减速的行为与本车与前车的车头时距有密切的关系，根据车头时距的不同，可以定义三种不同情况的加减速。 2.1.1自由行驶状态下的加减速 当车辆与前车的车头时距较大，车辆的行驶不受前车的影响时，若车辆的现行车速小于驾驶员的期望车速，驾驶员会以最大的加速率加速，以尽快取得其期望车速；若车辆的现行车速高于期望车速，驾驶员会以正常的减速率减速，以保持在期望车速下行驶。 其中，为加速度，为最大加速度，为正常减速度 , 为现行车速， 为期望车速。 2.1.2 跟车状态下的加减速 在跟车状态下，根据GM非线性跟车模型（Gazis 1961），有： 其中，α，β，γ是模型参数。由于难于对各种具体路段作模型参数的标定，本文采用了Gipps的通用跟车模型*。根据Gipps的模型，在跟车状态下，有： 其中，为第n辆车驾驶员可以实现的制动减速度，为第n辆车的有效长度， 为车辆n在时刻t的车速，为车辆n的车头在时刻t的位置，为反应时间，为车辆n驾驶员对前车紧急制动时最大减速度的估计值。 2.1.3 紧急状态下的加减速 当行驶中车辆的车头时距小于某一临界值，后车势必减速以增大车头时距避免碰撞，根据运动学原理，对后车n的加速度有： 式中，，如图2所示。 gnLn-1nn-1 gn Ln-1 n n-1 xn-1 xn 2.2 欲变换车道车辆的加减速 在瓶颈路段外侧车道行驶的车辆都必须考虑变换车道。车辆变换车道时，除了考虑本车道上前后车辆的距离，更需考虑目标车道平行位置的可插入空挡的大小。欲变道车辆常常通过加速或减速来调整与目标车道上左前车和左后车的相对位置，以获得合适的插入前挡和插入后挡。变换车道时的加减速与变换车道时的各种条件密切相关，在介绍车辆变道时一起讨论。 3 车辆的变道 由于在瓶颈路段路幅变窄，外侧车道行驶的车辆必须变换车道才能通过瓶颈路段，这是一种必需的变道(即MLC—Mandatory Lane Changing)。在本模型中，外侧车道车辆MLC过程用四个步骤描述：1. 行驶在外侧车道的车辆，一旦进入瓶颈路段（在瓶