本發(fā)明涉及元胞自動(dòng)機(jī)模擬交通流技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種考慮車輛占有空間的混合車型多車道元胞自動(dòng)機(jī)模型，該模型可用于準(zhǔn)確模擬混合車型多車道道路的交通流。

背景技術(shù)：

隨著我國機(jī)動(dòng)車保有量的快速增加，城市交通問題越來越突出，對交通流的研究也逐漸成為當(dāng)前科學(xué)一個(gè)重要課題。交通流計(jì)算機(jī)模擬是研究交通流特征的重要方法，所采用有計(jì)算模型主要有流體力學(xué)模型、跟車模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型等。元胞自動(dòng)機(jī)模型將連續(xù)的空間和時(shí)間進(jìn)行離散化處理，用有限的元胞數(shù)量和簡單的演化規(guī)則來模擬真實(shí)事物的運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展過程。由于元胞自動(dòng)機(jī)模型能有效模擬交通流中車輛微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用來描述實(shí)際的交通現(xiàn)象具有獨(dú)特的優(yōu)越性，因此近年來被廣泛應(yīng)用于單車道交通、多車道交通、交通擁堵、公交車站、自行車交通、行人交通等各類交通問題的研究。

在城市道路中，大型車、小型車、摩托車、非機(jī)動(dòng)車等多種車型在多車道道路上混行的現(xiàn)象較為普遍，由于不同車型車輛占用空間和速度不同，建立這類道路交通的元胞自動(dòng)機(jī)模型具有較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。近年來學(xué)者在元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型領(lǐng)域做了大量研究工作，國內(nèi)一些學(xué)者已提出了多車道道路元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型，但現(xiàn)有模型只考慮不同車輛速度不同，未考慮不同車型車輛占有空間的區(qū)別，模擬時(shí)各種類型車輛均占用一個(gè)元胞，模擬結(jié)果的空間準(zhǔn)確度不高。另外，現(xiàn)有模型中同類型車輛的最大速度恒定不變，增加了模型模擬結(jié)果與真實(shí)情況的差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，首先提供一種考慮車輛占有空間的混合車型多車道元胞自動(dòng)機(jī)模型；采用該模型模擬交通流能夠克服大型車、小型車和摩托車在行駛習(xí)慣、占用空間和速度不同的問題，可以有效提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種考慮車輛占有空間的混合車型多車道元胞自動(dòng)機(jī)模型，該自動(dòng)機(jī)模型具體為：

1)用離散的n×L個(gè)網(wǎng)絡(luò)格點(diǎn)表示道路，其中n代表道路寬度，L代表道路長度，每個(gè)格點(diǎn)對應(yīng)一定的實(shí)際長度，任一時(shí)刻，每個(gè)格點(diǎn)可能為空或被車輛占據(jù)。

2)道路上的車輛分成大型車、小汽車和摩托車三種類型，大型車占據(jù)2×4個(gè)格點(diǎn)，小汽車占據(jù)2×2個(gè)格點(diǎn)，摩托車占據(jù)1×1個(gè)格點(diǎn)。

3)每輛車具有不同的最大速度v_i,max，速度范圍可取0,1,2,…,v_i,max，每種車型車輛的最大速度具有不同的分布情況。

4)模型中的車輛遵循一定的行駛規(guī)則、換道規(guī)則和邊界條件。

進(jìn)一步地，在步時(shí)t→t+1過程中，模型中的車輛按加速過程、減速過程、隨機(jī)慢化過程、更新車輛位置過程4個(gè)步驟進(jìn)行演化。

進(jìn)一步地，車輛在演化過程中可變換車道，具體變道規(guī)則為：摩托車優(yōu)先考慮在右側(cè)車道行駛，小汽車換道時(shí)優(yōu)先考慮向左換道，大型車換道時(shí)優(yōu)先考慮向右換道。

進(jìn)一步地，模型采用周期性邊界條件，車輛行駛到道路盡頭后，將從道路的另一端進(jìn)入系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，車輛速度為分7個(gè)等級，每個(gè)車輛具有獨(dú)立的行駛速度，每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，車輛可向前行駛0～7格。

進(jìn)一步地，三種車型車輛的速度分布可以不同，模擬時(shí)可按需設(shè)定每種車型的速度分布。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：一是相比于現(xiàn)有的元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型，本發(fā)明考慮了不同車型車輛的體積大小和在道路中的占有空間，能提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度；二是相比于現(xiàn)有的元胞自動(dòng)機(jī)交通流，本發(fā)明模型中每輛車都具有獨(dú)立的最大速度，并且三種車型車輛的速度分布可以不同，能使模擬更接近于真實(shí)情況。

附圖說明

圖1是考慮車輛占有空間的混合車型多車道元胞自動(dòng)機(jī)模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

按照附圖1所示的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將道路進(jìn)行離散化處理，建立元胞自動(dòng)機(jī)模型。以兩車道道路為例，建立4×1000的網(wǎng)格模型(對于大型車和小汽車為兩車道，對于摩托車為4車道)，每個(gè)元胞長度為2.5m，對應(yīng)的實(shí)際道路長度約為2.5km。道路上的車輛分成大型車、小汽車和摩托車三種類型，大型車占據(jù)2×4個(gè)格點(diǎn)，小汽車占據(jù)2×2個(gè)格點(diǎn)，摩托車占據(jù)1×1個(gè)格點(diǎn)。初始時(shí)刻，三種車型按一定的比例隨機(jī)混合分布在兩條車道上，并按速度分布概率隨機(jī)生成初始速度。時(shí)間步長取1s，則1cell/s相當(dāng)于9km/h，共模擬3600個(gè)步時(shí)。在步時(shí)t→t+1過程中，模型中的車輛按加速過程、減速過程、隨機(jī)慢化過程、更新車輛位置過程4個(gè)步驟進(jìn)行演化。

設(shè)置變道規(guī)則如下：

(1)摩托車：

(2)小汽車：

(3)大型車：

式中，d_i,LF表示i車與左前方車輛的間距；d_i,LB表示i車與左后方車輛的間距；d_i,RF表示i車與右前方車輛的間距；d_i,RB表示i車與右后方車輛的間距；d_b為變道車與目標(biāo)車道上后車所需的安全距離，通常取d_b＝v_max當(dāng)車輛滿足上述變道條件后，按一定的概率p_t進(jìn)行變道。

邊界條件設(shè)置為：采用周期性邊界條件，在每次更新車輛位置結(jié)束后，檢測道路上頭車的位置x_lead，如果x_lead＞L_road，那么這輛車將從道路的另一端進(jìn)入系統(tǒng)，并且x_last＝x_lead-L_road，這里x_lead，x_last，L_road分別表示道路上頭車的位置，尾車的位置和道路的長度。

以上所述的本發(fā)明的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。