2015-基于元胞自动机的交通模型综述.pdf

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第 22 卷第 12 期(总第 132 期) 系统工程 V o l. 22, N o. 12
2004 年 12 月 System s Engineering D ec. , 2004
文章编号: 1001 4098 (2004) 12 0077 05
基于元胞自动机的交通模型综述
张发1, 2, 宣慧玉1
(1. 西安交通大学管理学院, 陕西西安 710049; 2. 空军工程大学工程学院, 陕西西安 710038)
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摘要: 对基于元胞自动机的交通模型进行综述, 将其分为单车道模型、多车道模型和城市交通模型三类。
N aSch 模型是最重要的单车道模型, 经过改进能够再现许多重要的交通流特性。换道是多车道模型的核心,
围绕着动机产生和安全要求提出了多种换道规则, 最近的模型能够再现密度反转等异常现象。城市交通模型
从系统角度研究了网络交通流的相变规律, 近期出现了网络模型与多车道模型相结合的趋势。以
TRAN S IMS 为代表的微观仿真平台在大规模路网中得到了成功应用。然而 CA 交通模型在方法论上存在不
足, 一些实证规律未能再现, 其实际应用也较少。
关键词: 元胞自动机; 交通流; 综述; 微观仿真
中图分类号: U 491; N 949 文献标识码: A
现代社会普遍面临严重的交通问题, 对交通流特性和不足, 指出进一步的研究方向。
的理解是解决交通问题的前提和基础。传统的交通流模型
如流体力学模型、气体动力学模型、跟驰模型等在理论研 1 单车道模型
究和实际应用中发挥了重要作用。然而由于交通流在时单车道模型研究车辆在一条车道上运动形成的交通
间、空间上具有高度的随机性、动态性和复杂性, 交通系流。其基本结构是: 将一条车道划分为等尺寸的格点, 每个
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统表现出丰富的非线性特征, 实证研究表明, 交通流存格点有两种状态: 空、被某车占据, 而每辆车恰占一个格
在三相: 自由流(free flow )、大范围移动阻塞(w ide moving 点; 对时间进行离散化, 时钟等步长推进; 取车辆位置、速
jam s) 和同步流(synch ronized flow ) , 还有一些“异常”现度作为状态变量, 为有限、离散变量。在每个时刻, 根据定
象, 如亚稳态(m eta stable states)、滞回效应(hysteresis 义的规则进行状态更新, 反复进行, 直到满足终止条件。各
effect)、排队消散(p latoon dispersion) 等, 传统模型对此模型的区别主要在于状态更新规则, 按是否包含随机因素
[2 ]
难以解释。另一方面, 真实交通系统一般路网规模巨大, 可分为确定性模型和随机性模型, 以 N aSch 模型[4 ] 为代
道路使用者众多, 传统的微观仿真方法面临着计算资源约表的随机性模型是主流, 得到了深入研究和实证检验。
束, 要求有结构简单、计算迅速的交通流模型。(1) 确定性 CA 交通模型(D eterm inistic T raffic CA ,
目前基于元胞自动机(Cellular A utom ata, CA ) 的交 D TCA )