基于驾驶员行为的元胞自动机模型研究

郑亮; 马寿峰; 贾宁

doi:10.7498/aps.59.4490

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从研究驾驶员行为入手,分析了驾驶员行为作用机理,并结合元胞自动机(CA)模型,将与车辆自身速度、相对速度、车间距和安全车间距有关的驾驶员行为作用机理引入CA模型(简称ACA).并利用ACA模型进行微观交通仿真观察到亚稳态、相分离和回滞现象,并将ACA模型与只考虑车辆自身速度和车间距的CA模型(简称BCA)的仿真结果进行比较可得:宏观方面,从最大车流量、稳定性和堵塞消溶效率三方面进行对比,ACA模型的仿真结果显示有更高并更接近实测数据的最大流量值,有更强的稳定性,堵塞消溶的效率更高;微观方面,从车辆速度波动

关键词:

作者及机构信息

1.
天津大学管理学院,系统工程研究所,天津 300072

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:70671073)资助的课题.

参考文献

[1]	Nagel K, Schreckenberg M 1992 J. Phys. I(France) 2 2221
[2]	Benjamin S C, Johnson N F, Hui P M 1996 J. Phys. A 29 4119
[3]	Barlovic R, Santen L, Schreckenburg A 1998 Eur. Phys. J. B 5 794
[4]	Hu S X, Gao K, Wang B H, Lu Y F 2008 Chin. Phys. 17 1864
[5]	Li X B, Wu Q S, Jiang R 2001 Phys. Rev. E 64 066128
[6]	Knospe W, Santen L, Schadschneider A, Schreckenberg M 2000 J. Phys. A 44 L477
[7]	Xue Y, Dong L Y, Yuan Y W, Dai S Q 2002 Acta Phys. Sin. 51 0492(in Chinese) [薛郁、董力耘、袁以武、戴世强 2002 物理学报 51 0492]
[8]	Hua W, Lin B L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2595(in Chinese) [花伟、林柏梁 2005 物理学报 54 2595]
[9]	Xue Y, Dong L Y, Dai S Q 2001 Acta Phys. Sin. 50 0445(in Chinese) [薛郁、董力耘、戴世强 2001 物理学报 50 0445]
[10]	Mou Y B, Zhong C W 2005 Acta Phys. Sin. 54 5597(in Chinese) [牟勇飚、钟诚文 2005 物理学报 54 5597]
[11]	Kuang H, Kong L J, Liu M R 2004 Acta Phys. Sin. 53 4138 (in Chinese) [邝华、孔令江、刘慕仁 2004 物理学报 53 4138]
[12]	Lei L, Xue Y, Dai S Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 2121(in Chinese) [雷丽、薛郁、戴世强 2003 物理学报52 2121]
[13]	Bai K Z, Tan H L, Liu M R, Kong L J 2003 Acta Phys. Sin. 52 2421(in Chinese) [白克钊、谭惠丽、刘慕仁、孔令江 2003 物理学报 52 2421]
[14]	Chen S D, Zhu L H, Kong L J, Liu M R 2007 Acta Phys. Sin. 56 2517 (in Chinese) [陈时东、朱留华、孔令江、刘慕仁2007物理学报56 2517]
[15]	Peng L J, Kang R 2009 Acta Phys. Sin. 58 0830 (in Chinese) [彭莉娟、康瑞2009物理学报580830]
[16]	Huang H J, Ding J X, Tang T Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 7591 (in Chinese) [黄海军、丁建勋、唐铁桥2009物理学报587591]

施引文献

[1]	Nagel K, Schreckenberg M 1992 J. Phys. I(France) 2 2221
[2]	Benjamin S C, Johnson N F, Hui P M 1996 J. Phys. A 29 4119
[3]	Barlovic R, Santen L, Schreckenburg A 1998 Eur. Phys. J. B 5 794
[4]	Hu S X, Gao K, Wang B H, Lu Y F 2008 Chin. Phys. 17 1864
[5]	Li X B, Wu Q S, Jiang R 2001 Phys. Rev. E 64 066128
[6]	Knospe W, Santen L, Schadschneider A, Schreckenberg M 2000 J. Phys. A 44 L477
[7]	Xue Y, Dong L Y, Yuan Y W, Dai S Q 2002 Acta Phys. Sin. 51 0492(in Chinese) [薛郁、董力耘、袁以武、戴世强 2002 物理学报 51 0492]
[8]	Hua W, Lin B L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2595(in Chinese) [花伟、林柏梁 2005 物理学报 54 2595]
[9]	Xue Y, Dong L Y, Dai S Q 2001 Acta Phys. Sin. 50 0445(in Chinese) [薛郁、董力耘、戴世强 2001 物理学报 50 0445]
[10]	Mou Y B, Zhong C W 2005 Acta Phys. Sin. 54 5597(in Chinese) [牟勇飚、钟诚文 2005 物理学报 54 5597]
[11]	Kuang H, Kong L J, Liu M R 2004 Acta Phys. Sin. 53 4138 (in Chinese) [邝华、孔令江、刘慕仁 2004 物理学报 53 4138]
[12]	Lei L, Xue Y, Dai S Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 2121(in Chinese) [雷丽、薛郁、戴世强 2003 物理学报52 2121]
[13]	Bai K Z, Tan H L, Liu M R, Kong L J 2003 Acta Phys. Sin. 52 2421(in Chinese) [白克钊、谭惠丽、刘慕仁、孔令江 2003 物理学报 52 2421]
[14]	Chen S D, Zhu L H, Kong L J, Liu M R 2007 Acta Phys. Sin. 56 2517 (in Chinese) [陈时东、朱留华、孔令江、刘慕仁2007物理学报56 2517]
[15]	Peng L J, Kang R 2009 Acta Phys. Sin. 58 0830 (in Chinese) [彭莉娟、康瑞2009物理学报580830]
[16]	Huang H J, Ding J X, Tang T Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 7591 (in Chinese) [黄海军、丁建勋、唐铁桥2009物理学报587591]

[1]	邝　华, 孔令江, 刘慕仁. 考虑延迟概率因素对混合车辆敏感驾驶交通流模型的研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4138-4144. doi: 10.7498/aps.53.4138
[2]	戴世强, 薛郁, 雷丽. 交通流的一维元胞自动机敏感驾驶模型. 物理学报, 2003, 52(9): 2121-2126. doi: 10.7498/aps.52.2121
[3]	敬明, 邓卫, 王昊, 季彦婕. 基于跟车行为的双车道交通流元胞自动机模型. 物理学报, 2012, 61(24): 244502. doi: 10.7498/aps.61.244502
[4]	牟勇飚, 钟诚文. 基于安全驾驶的元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(12): 5597-5601. doi: 10.7498/aps.54.5597
[5]	彭莉娟, 康瑞. 考虑驾驶员特性的一维元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2009, 58(2): 830-835. doi: 10.7498/aps.58.830
[6]	康瑞, 彭莉娟, 杨凯. 考虑驾驶方式改变的一维元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2009, 58(7): 4514-4522. doi: 10.7498/aps.58.4514
[7]	华雪东, 王炜, 王昊. 考虑驾驶心理的城市双车道交通流元胞自动机模型. 物理学报, 2011, 60(8): 084502. doi: 10.7498/aps.60.084502
[8]	张文铸, 袁坚, 俞哲, 徐赞新, 山秀明. 基于元胞自动机的无线传感网络整体行为研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6896-6900. doi: 10.7498/aps.57.6896
[9]	朱留华, 孔令江, 刘慕仁, 陈时东. 优先随机慢化及预测间距对交通流的影响. 物理学报, 2007, 56(5): 2517-2522. doi: 10.7498/aps.56.2517
[10]	黄彦君, 夏元复, 郁伟中, 马淑新, 蒋中英. SMMA/SMA共聚物共混物的自由体积的热动态特性与相分离行为的PALS研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3136-3140. doi: 10.7498/aps.55.3136
[11]	冯文强, 诸跃进. 外噪声场对二元混合物相分离的驱动作用. 物理学报, 2004, 53(11): 3690-3694. doi: 10.7498/aps.53.3690
[12]	张迪, 孙宏宁, 姚秀伟, 李丛, 段永平, 闫元, 牟洪臣, 孙民华, 李美丽, 付兴烨. 二元Lennard-Jones液体的相分离过程及其扩散性质的分子动力学研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7157-7163. doi: 10.7498/aps.57.7157
[13]	莫佳伟, 裘银伟, 伊若冰, 吴俊, 王志坤, 赵丽华. 基于温度的亚稳态氧化石墨烯性能. 物理学报, 2019, 68(15): 156501. doi: 10.7498/aps.68.20190670
[14]	永贵, 黄海军, 许岩. 菱形网格的行人疏散元胞自动机模型. 物理学报, 2013, 62(1): 010506. doi: 10.7498/aps.62.010506
[15]	梁经韵, 张莉莉, 栾悉道, 郭金林, 老松杨, 谢毓湘. 多路段元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2017, 66(19): 194501. doi: 10.7498/aps.66.194501
[16]	吴可非, 孔令江, 刘慕仁. 双车道元胞自动机NS和WWH交通流混合模型的研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6275-6280. doi: 10.7498/aps.55.6275
[17]	花伟, 林柏梁. 考虑行车状态的一维元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(6): 2595-2599. doi: 10.7498/aps.54.2595
[18]	郭四玲, 韦艳芳, 薛郁. 元胞自动机交通流模型的相变特性研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3336-3342. doi: 10.7498/aps.55.3336
[19]	岳昊, 邵春福, 陈晓明, 郝合瑞. 基于元胞自动机的对向行人交通流仿真研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6901-6908. doi: 10.7498/aps.57.6901
[20]	李庆定, 董力耘, 戴世强. 公交车停靠诱发交通瓶颈的元胞自动机模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7584-7590. doi: 10.7498/aps.58.7584

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基于驾驶员行为的元胞自动机模型研究

1. 天津大学管理学院,系统工程研究所,天津 300072

基金项目:

国家自然科学基金(批准号:70671073)资助的课题.

收稿日期: 2009-09-14

修回日期: 2009-10-27

刊出日期: 2010-07-15

摘要: 从研究驾驶员行为入手,分析了驾驶员行为作用机理,并结合元胞自动机(CA)模型,将与车辆自身速度、相对速度、车间距和安全车间距有关的驾驶员行为作用机理引入CA模型(简称ACA).并利用ACA模型进行微观交通仿真观察到亚稳态、相分离和回滞现象,并将ACA模型与只考虑车辆自身速度和车间距的CA模型(简称BCA)的仿真结果进行比较可得:宏观方面,从最大车流量、稳定性和堵塞消溶效率三方面进行对比,ACA模型的仿真结果显示有更高并更接近实测数据的最大流量值,有更强的稳定性,堵塞消溶的效率更高;微观方面,从车辆速度波动

关键词:

The cellular automaton model of traffic flow based on the driving behavior

1.
Systems Engineering Institute, School of Management, Tianjin University, Tianjin 300072, China

Received Date: 14 September 2009

Accepted Date: 27 October 2009

Published Online: 15 July 2010

Abstract: On the basis of the research of driving behavior, by analyzing the mechanism of driving behavior and using the cellular automaton (CA) model, we introduce the mechanism of driving behavior, which is associated with the vehicle’s own speed, the relative speed, the vehicle spacing, and the safety vehicle spacing, into the CA model (ACA). We observe the metastability, phase-separation and hysteresis phenomena when taking advantage of ACA model to conduct the microscopic traffic simulation and compare the simulation results of ACA model with the simulation results of the CA model (BCA) which only considers the vehicle’s own speed and the vehicle spacing. The results show that, in the macro level, from the maximum traffic flow, stability and the efficiency in dissolving congestions, the simulation results of ACA model exhibit a larger maximum value of flow which is also closer to the actual measured data, stronger stability and higher efficiency of dissolving jam; in the micro level, from the fluctuations of the vehicles’ speed and the vehicles’ headway-distance, the simulation results of ACA model exhibit that the vehicles do not accelerate or decelerate suddenly, the vehicles can be relatively and evenly distributed on the road. All these results illustrate that the relative speed and safety vehicle spacing have a significant impact on the driving behavior and also explain that the ACA model is in better consistence with the actual situation and has some practical significance.

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