第6章-元胞自动机交通流模型.ppt

1、第6章，细胞自动机交通流模型，牙齿章节的主要内容1细胞自动机理论2细胞自动机交通流模型，相关文献：Nagel and schreckenberg . a cellular automaton model for freeway traffiejournal of physice 1999 在黄热原浦自动机混合交通仿真中，应用系统工程学科2006地线(2006地线)是基于细胞自动机的高速路径模拟建模和交通流最优化分析同济大学硕士学位论文2008.3 S Maerivoet，B De Moor，Cellular automata models of road traffic physicc 1细胞

2、自动机理论，第一，细胞自动机细胞自动机(Cellular Automata，CA)是时空分离的局部力学模型，是研究复杂系统的典型方法，特别适合于空间复杂系统的时空动态模拟研究。 细胞自动机不是由严格定义的物理方程式或函数组成的，而是由一系列模型组成的规则。满足这些规则的任何模型都可以被视为细胞自动机模型。因此，细胞自动机是一种模型的总称或方法框架。在CA模型中，分布在规则网格中的每个单元(Cell)都采用有限的离散状态，并根据相同作用规则确定的局部规则同时更新。大量细胞通过简单的相互作用构成动态系统进化。CA模型的特征：时间、空间、状态是离散的，每个变量只接收有限数量的状态，状态更改规则在时间

3、和空间上都是局部的。第二，初等细胞自动机，初等细胞自动机是状态集S是两个元素S1，S2，即状态数k=2，相邻半径r=1的一维细胞自动机。s具体使用什么符号并不重要，因此可以采取0，1，-1，1，停止，运动等。重要的是S包含的符号数，通常记录为0，1。此时，邻近集N的数目2r=2，局部映射F: S3S为：2，初等自动机，初等细胞自动机，初等细胞，状态集S为两个元素S1，S2，即状态数k=2，邻近半径r=1的一维细胞自动机s具体使用什么符号并不重要，因此可以采取0，1，-1，1，停止，运动等。重要的是S包含的符号数，通常记录为0，1。当前相邻集N的数目2r=2；局部映射F: S3S为：、three

4、 centuries ago science was transformed by the dramatic new idea that rules based on mathematical equations could be used to describe the natural详细内容如下：a new kind of science，free online access :3世纪前，人们可以将基于发现数学方程的定律用于对自然的描述，随着这些新观念，科学发生了变化。在牙齿书中，我的目的是应用简单的计算机程序来表达更一般的规律，在这种规律的基础上建立新的科学，开始另一场科学变革。有关详细

5、信息，请参见a new kind of science，free online access :90规则：分形结构CA_rule_90.m，110规则：复合结构ca _ rule 前向空后前进一格，1992年，德国学者Nagel和Schreckenberg基于184规则，基于一维交通流CA模型，即NS模型(或NaSch模型)，2，NS模型基于184规则，1992年德国学者N NS模型(或NaSch模型)nager每辆车的状态以其速度和位置表示。状态根据以下进化规则并行更新：a)加速过程：B)安全制动过程：C)随机减速过程： (随机减速概率p) d)位置更新：其中，1)期望加速：司机始终以最高速

6、度行驶。2)安全制动：防止与前面的车发生碰撞。3)随机减速(随机减速概率p):)不确定因素A)过度制动b)公路条件变化c)心理因素d)延迟加速4)位置更新3360车辆前进A)加速过程b)安全制动过程c)随机减速过程(概率p) d) FI等)牙齿快速提交的双车道CA交通模型：STNS模型机器非混合CA模型：CCA模型城市网络CA二维模型：BML，CTM模型，los Alamos国家实验室：transims 高速公路Nagel and schreck enberg . a cellular automaton model for freeway traffiejournal of physics(

7、France)，1992年，美国自发形成的堵塞幽灵堵塞；公路长度L=7.5m120=900m速度：1 7.5m/s=27km/h；2 27.5m/s=54km/h；3 37.5m/s=81km/h:4 47.5m/s=108km/h；5 57.5 m/s=135 km/h:随机减速概率p=0.2密度=13.3veh/km/LAN (0.1):5秒，10秒，20秒，40秒，7.5米，随机减速概率P=0.2密度=20veh/km/LAN (0.15):初始随机，7.5m，随机减速概率p=0.2密度=27veh/km/LAN (0.2):初始均匀分布，7.5m，随机减速概率p=0.2密度=33veh

8、/km/LAN (0.25):7.5m、交通流CA模型的主要优点：(1)模型简单，可以在计算机上轻松实现。(2)可以再现多种茄子复杂的交通现象，反映交通流的特点。在模拟过程中，人们通过考察细胞状态的变化，可以得到所有车的速度、变位、车前距离等参数描述交通流的微观特性，以及平均速度、密度、流量等参数等，从而体现交通流的宏观特性。(3)可以再现自行车车道、多车道和公路网的交通流建模。机动车和郑智薰机动车交通流建模，3，多车道CA模型添加了车道更改规则(与自行车车道模型相比)。Nagel等人在自行车车道NS模型的基础上提出了多车道模型。在牙齿模型中，在每个车道上行驶的车辆必须符合NS规则，并且在车道

9、转换时还必须符合车道转换规则。牙齿模型的车道变化规则如下：如果存在： (1) vmaxgap和gapleftgap牙齿，则从右侧车道转换为左侧车道。(2)对于vmaxgapleft，vright=gapleft(禁止右车道车辆超过左车道车辆)。4，网络CA模型1992年，Biham、Middleton、Levine等利用细胞自动机等设计了简单的二维细胞自动机模型(BML模型)，研究了模拟城市网络交通流现象，研究了交通拥挤问题。模拟结果表明，车辆密度大于特定阈值时发生阻塞。BML模型简单直观。NxN的正方形光栅。n是光栅边的长度。每个格子可以有一辆由南向北移动的车，一辆由东向西移动的车，或者车辆不被占用。在所有奇数时间阶段，南北方向的车辆可以向前开一节。每偶数时间步长，东西向车辆可以前进一格。如果车辆前面的格子已经被其他车辆占用，牙齿车只能原地