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基于元胞自动机的城市车辆换道模型仿真研究

李伟娟  
【摘要】:随着汽车保有量的与日俱增,城市道路交通中由车辆换道引起的交通事故日趋增加,在一定程度上造成了交通拥堵,大大降低了道路行驶安全性。在复杂的城市交通路况下,驾驶员为追求更快的速度,在行驶过程中经常会采取换道行为。因此,有必要对我国城市道路交通中有关车辆换道行为进行研究,从而寻找有效措施避免交通事故的发生。 本文以车辆换道行为分析和元胞自动机基本理论为基础,通过观察实际双向四车道上车辆换道情况和运行环境,建立城市交通流中双向四车道车辆换道模型和基于驾驶员驾驶行为的双向四车道车辆换道模型。通过MATLAB软件中M文件编程仿真,得到不同条件下车辆换道对交通流不同的影响度。本文具体内容如下: 第一章主要介绍论文的研究背景和目的意义,分析和总结了国内外有关车辆换道行为和元胞自动机基本理论在换道模型中应用的研究现状,确定了本论文的框架安排。 第二章详细阐述车辆换道行为和元胞自动机基本理论。总结了车辆换道的定义、分类以及每种换道方式的主要特点,并分析影响车辆换道的主要因素。同时介绍了元胞自动机的定义、基本组成、基本结构、特征以及在交通流领域的应用,并将车辆换道的影响因素和元胞自动机基本理论相结合,为三、四章换道模型的建立提供理论依据。 第三章建立了城市交通流双车道元胞自动机换道模型。双车道是城市道路交通中一种主要存在形式,通过实地考察双向四车道上车辆换道情况和周围交通环境,确定元胞自动机模型的各个参数和演化规则,设置元胞边界、邻居模型以及路段上行驶车辆的类型、速度等条件,建立更贴近于实际双车道道路的元胞自动机换道模型。基于经典NS模型将交通信号周期、公交车等因素加入改进换道模型,改变传统模型中简单的加减速规则,采用的“速度确定两步法”提高了仿真系统中车辆速度演化的准确性、时效性,使模型更加完善。利用MATLAB软件仿真,获得各个影响因素对车辆换道以及整个交通流的影响,同时验证了模型的准确性。 第四章重点介绍了基于驾驶员驾驶行为的城市双车道元胞自动机换道模型。该模型将不同驾驶员分为5个类型,即保守型(con)、谨慎型(cau)、常规型(gen)、激进型(agg)、冒险型(adv)。根据不同类型驾驶员的驾驶习惯和应变能力的差异,分别建立城市车辆双车道元胞自动机换道模型,通过换道模型仿真,得出不同驾驶员换道行为对交通流影响的差异度。此外,针对冒险型和激进型驾驶员所引起的违章换道行为,本文对其进行重点分析,并以案例说明,验证了换道行为对于整个交通流安全的重要性。 第五章总结了全文主要研究内容及得出的结论,同时针对模型的局限性以及缺陷,提出了有待解决的问题。


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