考慮駕駛心理的城市雙車道交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型_華雪東

1、物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502考慮駕駛心理的城市雙車道交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型*華雪東卞王箱王昊（東南大學(xué)交通學(xué)院交通規(guī)劃與管理江蘇行蟲(chóng)點(diǎn)實(shí)執(zhí)宅南京210096 ）Q010年10月28 H收到;2010年12月6 H收到修改稿）采用雙車道元胞fl動(dòng)機(jī)模感分析了考慮耀駛心理的城市誼路交通流持性.針對(duì)哪駛員用城市逍路行駛時(shí)在 換道與減速制動(dòng)方面的不同心理.分別引人以映駕駛心理的選誓換道概率P,與安全參數(shù)入.通過(guò)讓算機(jī)模擬給 出了不同徙抒換叭概年與安仝參教條件下的t輛凍序、密席與沆ht間的關(guān)系.并分析了不同偲駛心理対干交通系 統(tǒng)的彬

2、響.研究發(fā)現(xiàn)：選擇換道槪率對(duì)交通流的速度影響并不明顯.但選擇換道槪率的增大會(huì)導(dǎo)致速度的方曲增大 而降低行牟安全；而安全參數(shù)的增大可以獲得更快的平均車速和題大的交通流垃.關(guān)鍵詞：元胞自動(dòng)機(jī).銘駛心理，選擇換道槪率計(jì)算機(jī)模擬PACS: 45.70. Vn, 89.40.-a71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 08450271994-2015 China Academic Jour

3、nal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 0845021. 引 言從20 III紀(jì)初期開(kāi)始，隨著歐災(zāi)等西方國(guó)家的機(jī) 動(dòng)化與城市化水平的提高，交通問(wèn)題越來(lái)越多地困 擾著城市的發(fā)展.專實(shí)上咆純依靠新建或改擴(kuò)建 城市道路、完善配套交通設(shè)施并不能很好地緩解交 通擁堵等交通何題近年來(lái)對(duì)于交通流的分析吸 引了包括物理、數(shù)學(xué)等眾多學(xué)科科技T.作者的廣泛 關(guān)注.如能正確地分析、理解、模擬、預(yù)測(cè)號(hào)控制城 市交通網(wǎng)絡(luò)中交通流，將有助T交通管理者更好地 組織城市

4、交通提高城市交通出行效率現(xiàn)階段用 于描述交通流的模型主要包括宏觀的連續(xù)流模型、 介觀的氣體動(dòng)力學(xué)模熨以及微觀的跟馳模型和元 胞自動(dòng)機(jī)模型 ' 由于交通流是一個(gè)離散系統(tǒng)宏 觀的模型往往忽略了單個(gè)車輛的特性得到的信息 并不完全元胞自動(dòng)機(jī)模型由T-其高度的規(guī)則可變 性、強(qiáng)大的復(fù)雜計(jì)算功能以及固有的并彳f計(jì)算能力 等特征使得它在模擬復(fù)雜交通流時(shí)貝冇很強(qiáng)的能 力；并且在運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)模型分析交通流時(shí)并 不需要經(jīng)過(guò)“離散一連續(xù)一離散”的變換因此采用 元胞自動(dòng)機(jī)模熨分析交通流問(wèn)題冇苴獨(dú)特的優(yōu) 越性.元胞自動(dòng)機(jī)模型的概念最早由S Ncnmann 于20世紀(jì)50年代提出，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件以 及編程技

5、術(shù)的限制該模型昴初并沒(méi)右引起學(xué)界的 關(guān)注.1986年,Cremer和Ludwig121首次將元胞自動(dòng) 機(jī)模型運(yùn)用到車輛交通的研究中最原始的元胞自 動(dòng)機(jī)交通流模型則是Wolfram所命名的184號(hào) 元胞自動(dòng)機(jī).作為對(duì)184號(hào)模型的推廣與視則的 修正,1992 年 Nagel 和 Schi-eckenberg 4 提出了 一維 元胞自動(dòng)機(jī)NaSch模型；同年v Biham, Middleton和 Levine提出了二維元胞自動(dòng)機(jī)BML模型，確定了 運(yùn)用元胞廣1動(dòng)機(jī)像型研究交通流的早礎(chǔ)此后，很 多學(xué)者基于不同的規(guī)則對(duì)NaSch模熨及BML模型 進(jìn)行了修正，取得了許多研究成果14-201.減巾道路-般

6、由多條車道組成，外側(cè)車道由F 非機(jī)動(dòng)車與行人等的干擾通行能力小于內(nèi)側(cè)車 道而行駛延謀則大于內(nèi)側(cè)車道因此縄駛員在操 作車輛行駛時(shí)，往往存在避免在外側(cè)車道行駛的心 理以期降低行駛延誤規(guī)避路側(cè)非機(jī)動(dòng)車與行人 對(duì)機(jī)動(dòng)車行駛的干擾同時(shí)，在機(jī)動(dòng)車行駛過(guò)程中,71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 08450271994-2015 China Academic Journal Electron

7、ic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502國(guó)家自然科學(xué)越金重點(diǎn)頂目（批麻號(hào)*50738001）、國(guó)家自然科學(xué)M金（批準(zhǔn)號(hào)：51008074 ）和江蘇省門然科學(xué)鳥(niǎo)金（批準(zhǔn)號(hào)：BK2008033 ） 資助的課題.t Ennail: q<lurgk gmai）. coni2011 中國(guó)物理學(xué)會(huì) Chinese Physical Societyhttp:/wulixb. iphy. ac. cn084502-171994-2015 China Acade

8、mic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502由于前車速度的降低，后續(xù)跟馳車輛需采取必要的 制動(dòng)操作ft!由丁性格的是異，不同n駛員的駛 心理也體現(xiàn)出安全或是刊險(xiǎn)的不同特性因此在制 動(dòng)時(shí)車輛的減速也就各不相同.對(duì)于上述的線駛 心理所造成的不同耀駛行為與駕駛特性，以往的元 胞ft動(dòng)機(jī)模型并沒(méi)有考慮，致使模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)交 通流運(yùn)行結(jié)果差異校人此外.與高速公路相比城 市道路交通流的特點(diǎn)是道路打用率髙車輛速度分 布相對(duì)較低以

9、往的模熨往往采用相同的元胞氏度 和車速，很少對(duì)此加以修正.本文針對(duì)上述NaSch模型的不足，提出了一種 考慮駛心理的城市雙車道交通流元胞門動(dòng)機(jī)模 熨該模熨考慮廣車輛住變換牟道和減速過(guò)稈中， 由于駕駛員的不同駕駛心理造成的不同車輛行駛 特性為了更接近實(shí)際悄況對(duì)元胞氏度和車倆速 度進(jìn)行細(xì)分與設(shè)定使得小汽車占用兩個(gè)元胞.通 過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)δＰ偷臄?shù)值模擬得到考慮駛心 理?xiàng)l件下的車速、流杲和密度數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系， 并分析了不同n駛心理對(duì)交通流的彩響.2. 模型的建立將道路視為購(gòu)條并列的、長(zhǎng)度為l的一維離散 格點(diǎn)鏈，毎-個(gè)格點(diǎn)即為一個(gè)元胞，其在i時(shí)刻的狀 態(tài)為空或者被車輛占據(jù)定義內(nèi)側(cè)車道為車道1,外 側(cè)車

10、道為車道2并假定道路上行駛的均為小汽車.考慮到城市道路與高速公路的區(qū)別，為梢確地 反映城市道路交通流的待性.本文對(duì)元胞的氏度啦 新定義取為經(jīng)典元胞氏度的半，即3.75 則每 輛小汽車占據(jù)2個(gè)元胞.第K輛車在/時(shí)刻的狀態(tài) 由其速度叫（/ ）表示.V*（1 ） e 0,V_ ,其中1二 為車輛的展大行駛速度V“ = 5.車道，上第人輛 車在t時(shí)刻與前車的距離I）；（/）可表示為 嘰 Q） = xmxjQ） -,Jt'l1 i為車道編號(hào)仃=1.2 ）. X； （/）為車道i上第 K輛車在/時(shí)刻的位置（/）為車道i上第K -1 輛車在時(shí)刻的位世.為車道i 1.第K - 1輛車 的氏度車道i上第

11、人輛車在/時(shí)刻與相鄰車道前方 緊鄰車倆間的距離叫（!）可衣示為（/）-%/苴中忑 a）為車道i上第人倆車在I時(shí)刻的相鄰車 道前方緊鄰車輛的位置./為相鄰車道前方緊鄰車 輛的氏度.定義K 0）為車道i上第人輛車在時(shí) 刻的速度.V；' a）為其相鄰車道前方緊鄰車輛的 速度.2. 1.考慮駕駛心理的修正當(dāng)車輛在城市道路I:行駛時(shí)由于前方車輛的 速度降低，跟馳車輛需要采取相應(yīng)的減速或者變換 債道措施以避免發(fā)生交通事故在以往的研穽*1* 作為對(duì)NdSth模型的擴(kuò)充與修正m車道模型住往 被轉(zhuǎn)化為多車道模熨并相應(yīng)地芳慮車輛變換車道 的要求.但在制定變換車道規(guī)則時(shí)都是采用貪婪 機(jī)制即一旦發(fā)現(xiàn)存在換道機(jī)

12、會(huì)時(shí)一定會(huì)換道行 駛，并不會(huì)占慮銘駛員心理對(duì)換道行為的影響王 煒等a指出，車道的通行能力會(huì)隨著車道的位置而 發(fā)生變化對(duì)于雙車道道路而言苴外側(cè)車道的通 行能力大約為內(nèi)側(cè)車道的0. &事實(shí)上外側(cè)車道由 于會(huì)受到路側(cè)非機(jī)動(dòng)車與行人等的影響其通行能 力、速度與密度等交通流參數(shù)均會(huì)不同程度地比內(nèi) 側(cè)車道偏小.-般而言對(duì)于行駛在外側(cè)車道的車 輛，一MIC滿足換道規(guī)則綢駛員會(huì)立刻換道至內(nèi) 側(cè)車道；而在內(nèi)側(cè)車道行駛的車輛終駛員會(huì)綜合 評(píng)價(jià)本車道的減速與外側(cè)車道的延謀，最終決宦是 否向外側(cè)車道換道在對(duì)南京市中心區(qū)停車場(chǎng)的96 位小汽車車主關(guān)于換道的調(diào)代顯示.65.6%的駛 員不總意在外側(cè)車道行駛因此在換

13、道條件滿足 的削提下傅駛員會(huì)對(duì)是否采取換道行為進(jìn)行口我 選擇本文稱之為選擇換道概率P.當(dāng)滿足車道2 換道至車道1的條件時(shí)，若幾小于臨界換道概率 P.2則車輛將從車道2換道至車道1;而當(dāng)滿足 車道1換道至車道2的條件時(shí)若P,小于臨界換道 槪率化.,_2則車輛將從車道1換道至車道2.對(duì)于確定性減速規(guī)則，以往的模型中往往沿用 N；iS«h模型關(guān)于確定性減速的規(guī)定.-口與前車的 距離久"）不能滿足車速的要求那么第A輛車就 立刻減速至嘰（f）.即如果V； G） > （r）.則原 NaSch模別將強(qiáng)制設(shè)定V； 0 ） = /< 0 ）.這就完成 了確定性減速過(guò)程.然而在決定

14、是否減速時(shí)，絢駛 員不儀會(huì)考慮與前車的距離，而且會(huì)根據(jù)前車的速 度綜合決定是否減速.對(duì)于邵駛心理偏安全的耀駛 員不伶瓦前車的速度快慢與否只要兩車距離小 于車速就會(huì)進(jìn)行確定性減速；I何對(duì)于列駛心理備冒 險(xiǎn)的纓駛員當(dāng)其與前車的距離小于其車速時(shí)，銘 駛員會(huì)判斷前車的車速若前車車速校人則不采 取減速措施.為了描述這種綢駛心理，本文引入了71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502

15、71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502084502-271994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502安全參數(shù)入來(lái)刻畫(huà)終駛員的日險(xiǎn)程度入e 0,1

16、. AV；., 0 )就表示駕駛員對(duì)前車的估計(jì)車速易知,A 越大則耀駛員的銘駛心理越偏向于冒險(xiǎn).2. 2.確定性減速規(guī)則首先定義確定性減速規(guī)則.如果車道i上第K 輛車在t時(shí)刻的速度V； a)大于o;(I)與估計(jì)車速 aV；a)之和，則強(qiáng)制進(jìn)行確定性減速即當(dāng)叫0)+ W)時(shí)則設(shè)定V； G)=嘰 a)+ 入 V*., (t).易知，當(dāng)A =0時(shí)上述規(guī)則即為經(jīng)典NaSch模型中 的確定性減速規(guī)則.此時(shí)駕駛員的駕駛心理是偏安 全的其減速行為僅僅考慮苴與前車的距離何忽 視麗車也具右的行駛速度.當(dāng)安全參數(shù)入>0時(shí)，銘 駛員在決定是否減速時(shí)，不僅僅會(huì)占慮車距的限 制還會(huì)在一定程度上估計(jì)前車的速度；隨著

17、安全 參數(shù)入的增大耀駛員的綢駛心理也越偏向于冒 險(xiǎn)對(duì)于前車的速度估計(jì)程度也越高.當(dāng)入=1時(shí), 銘駛員的絢駛心理卜分日險(xiǎn)，只有當(dāng)其認(rèn)為會(huì)與陸 車發(fā)生碰撞時(shí)才會(huì)采取減速描施，否則繼續(xù)行駛.嘟實(shí)上入=0的情況并不是最為安全的駕駛 心理.在入=0時(shí)由于并不考慮前車的速度一旦 跟馳車輛采取減速措施時(shí)，其速度會(huì)從V；(D葭接 減速至；0).這種突然性的速度降低意味著很大 的減速度不僅違背了車輛本身的持性，并且在現(xiàn) 實(shí)中很容易引起后方車倆的追尾造成交通事故. 因此，為保證確定牲減速的安全性參數(shù)入的取值 應(yīng)為大于零的絞小值.23換道規(guī)則車輛的換道視則主要考慮安全性、可移動(dòng)性、 交通法規(guī)和旅行時(shí)間最短原則創(chuàng)同時(shí)

18、考慮了駕駛 員在不同車道行駛時(shí)的換道心理對(duì)現(xiàn)右的換道規(guī) 則做出了改進(jìn)當(dāng)車輛行駛在車道1時(shí)，第人倆車的 速度V；，)滿足(t)+ av；., a)< y; c)w 武")+ 入 it a) 并H第人輛車的選擇換道槪率匕小于臨界換道概 率P.-2，則第K輛車換道至車道2；當(dāng)車輛行駛在 車道2時(shí)第A輛車的速度嘆(/)滿足：(/)+ ai7；.,(I)< y：。)w ：(；)+ 入 vg a), 并且第人輛車的選擇換道概率化小于臨界換道概率 P .2則第人'輛車換道至車道1 根據(jù)交通流帚與路 側(cè)的干擾程度不同，臨界換道概率取不同值，這 也可以參見(jiàn)文獻(xiàn)21中關(guān)于車道修正系數(shù)

19、的取值臨 界換道槪率匕.2T的值，取叫.2十1綜上所述可知車輛進(jìn)行換道時(shí)必須滿足l)'K (r) + A 叫T (/)< £ (r) W 眈r ) + W a),(la)(lb)瓦換道規(guī)則為(r + I ) = X； (/).(2a)vJ_, d)= e a).Qb)2.4.車輛狀態(tài)演化綜合以上對(duì)于NaSch模型的改進(jìn)，下面給出芳 慮綢駛心理的城市雙乍道交通流元胞自動(dòng)機(jī)像熨 在換道、加速、隨機(jī)減速、確定性減速以及位置更新 過(guò)程中的車輛狀態(tài)演化.2. 4. 1.換道過(guò)租對(duì)于行駛在車道1上的第K倆車若苴狀態(tài)滿 足下列條件：(I)+ 入嘆“ a)< v o)w 肌(/)

20、+ 入y： a),Ga) l< P“2，6b)第人輛車將從車道1換道至車道2此時(shí)苴狀態(tài)演 化可表示為屮 a + 1 ) = X； 0).©a)V2 (/ + 1 ) = V* G ).Ub )對(duì)于行駛在車道2上的第人輛車，若其狀態(tài)滿 足下列條件：1) I/) + AV；., 0 ) < 嘆 G ) W B： C ) + 入和2 “),(5 ) 第K輛車將從車道2換道至車道1此時(shí)其狀態(tài)演 化可表示為X'a + 1 ) = X： 0),(6a)V' G + 1 ) = V； G ).伍 b )2. 4. 2.加速過(guò)程車輛在加速過(guò)程的狀態(tài)演化可表示為V； (/

21、+ 1 ) = min (叫(/ ) + 1,忙,).(7 )2. 4. 3.隨機(jī)減速過(guò)程第K輛車在了+1時(shí)刻會(huì)以定的槪率幾隨機(jī) 減速.其狀態(tài)演化可表示為V； G + 1 ) = max (V；(T ) - 1 ,0 ).« )2. 4. 4.駒定性減速過(guò)租若第K輛車的速度滿足71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 08450271994-2015 Chin

22、a Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502084502-371994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502v'K (i)> nK (i) +

23、入叫“ 0),(9)則需要逬行確定性減速此時(shí)J£狀態(tài)液化可農(nóng)示為匕 Q) = ；(/) + 入叫“ Q).(10)2.4.5.位還更新過(guò)程在上述所右步驟都完成后按照下式更新第K 輛車在f +1時(shí)刻的位豐：X；, + 1 ) = X； (/) - 并(/).(11 )3. 數(shù)值模擬結(jié)果及討論在數(shù)值模擬時(shí)，采用周期型邊界條件.取定道 路長(zhǎng)度為3.75 km則道路被分為1000個(gè)格點(diǎn)，即L =1000.假設(shè)道路上共右N輛汽車.初始時(shí).N倆車 的位證利速度都是隨機(jī)分布的.系統(tǒng)每次迭代 110000步統(tǒng)計(jì)時(shí)舍去前10000步以排除暫態(tài)的 影響，并通過(guò)模擬系統(tǒng)屮的一個(gè)虛擬探頭記錄后 100000

24、步中每個(gè)時(shí)間步內(nèi)車輛向前行駛的元胞數(shù)， 其平均值即為車輛的速度仇由于采取了周期型邊 界條件任意時(shí)刻系統(tǒng)中的車輛總數(shù)都不會(huì)發(fā)生變 化，則車流密度I)= N/L流帚Q = l)v = Nv/L當(dāng) 取臨界換道概率P.2_, = 1時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)中車輛數(shù) N、臨界換道概率/.、隨機(jī)減速概率兒以及安全 參數(shù)入的不同取值俟擬不同情況下交通流在城市 雙車道道路的運(yùn)行.圖1所示為隨機(jī)減速槪率化=0.4,臨界換道 概率化廠0 8的條件下，不同安全參數(shù)入所對(duì)應(yīng) 的車流密度與流量Q的關(guān)系.由圖1可以看出， 當(dāng)車流密度 <0.2時(shí)安全參數(shù)入的取值對(duì)流杲 Q的影響非常微小在這一階段流hl Q隨密度I)的 增長(zhǎng)很快，

25、曲線的斜率很大當(dāng)車流密度D > 0.4 時(shí)，安全參數(shù)入的取值對(duì)流量Q的影響依然很小, 但是此時(shí)流量開(kāi)始隨著密度的增加而下降.Illi線斜 率比密度<0.2時(shí)的|11|線斜率小.半車流密度0.2 W W 0.4時(shí)，流幘Q表現(xiàn)出了很大的差異性.此 時(shí)隨著安全參數(shù)入的增大流呈Q的最大值越大， 流量密度Illi線的斜率也越大值彳導(dǎo)注意的是隨著 安全參數(shù)入的堆大取到最大流帚時(shí)所對(duì)應(yīng)的量佳 密度也相應(yīng)地堆大.事實(shí)上當(dāng)?shù)缆返能嚵髅芏容^ 小(DvO.2)時(shí),由于道路上的車流量較少，車輛間 的相互作用也相對(duì)較弱，交通流可視為自由流, 駛員很少需要做出確定性減速與換道的行為這種 悄況下無(wú)論綢駛員的銘駛

26、心理是偏安全的還是偏 同險(xiǎn)，其表現(xiàn)出的銘駛行為在整體上是異不大車 輛都能達(dá)到道路的最大限速因此在圖1上就顯示 出5條曲線的大致重合.當(dāng)?shù)缆飞系能嚵髅芏容^大 (P>0.4)時(shí)，此時(shí)道路上的車輛較多彼此間相互 影響使得車輛的平均速度降低對(duì)于偏丹險(xiǎn)的蜩駛 心理何言，雖然終駛員一總試圖通過(guò)預(yù)判滸車速度 *j /求換道以避免減速并獲取更大的速度但塑III 于車輛的平均速度低且兩車間距小的原因很少右 機(jī)會(huì)獲得更奇的速度苴表現(xiàn)岀的銘駛行為與偏安 全的羯駛員類似，因此圖1中的曲線在這個(gè)區(qū)域也 就大致丑合.對(duì)于車流密度處于兩者之間(0.2w W0.4 )時(shí)與偏安全的樹(shù)駛員相比爲(wèi)駛心理偏曰 險(xiǎn)的幼駛員可以通

27、過(guò)換道和相對(duì)少的進(jìn)行確定性 減連米獲得相對(duì)更高的車速?gòu)腎何在相同密度下可 以獲得更大的流a 同時(shí)在相同密度f(wàn)的平均車速 更大使得這種悄況下可以在更大的車流密度時(shí)達(dá) 到流駅q的最大tn.i?l 1/*., =o.4. /»r.,_2 =0.8時(shí).就處0與密度的關(guān)系圖2所示為隨機(jī)減速概率/>. =0.4,臨界換道 槪率幾-2 =0.8的條件下不同參數(shù)入所對(duì)應(yīng)的車 流密度與速度“的關(guān)系從圖2可以看出，速度” 與密度的關(guān)系表現(xiàn)出與圖2類似的變化規(guī)律.當(dāng) 道路的車流密度較小山<0.2)時(shí)，車輛的速度"變 化不人交通流農(nóng)現(xiàn)為I由流.當(dāng)車流密度較大(D >0.4 )時(shí)速

28、度r隨密度I)減小的變化率開(kāi)始很 快最后逐漸趨緩.對(duì)于車流密度處于兩者之間O.2ww0.4 )時(shí).速度的變化由于安全參數(shù)入的 不同呈現(xiàn)出很人的總異性.隨著安全參數(shù)入的增 大，交通流保持自由流的時(shí)間變氏.由自由流轉(zhuǎn)化 為非自由流時(shí)的密度越大，且轉(zhuǎn)化后的速度變化率 越大待別地當(dāng)密度很小時(shí)，自由流的速度。并 不辱于速度的最人值卜“，這是由隨機(jī)減速過(guò)程造71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8

29、 (2011 ) 08450271994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502084502-471994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 )084

30、502成的.圖2=0.4.匕2 =。8時(shí).逢度r與密度的關(guān)系由以上分析可知半車流密度較小或校大 時(shí)，安全參數(shù)入的變化對(duì)城市雙車道道路系統(tǒng)屮速 度r和流皋Q的變化影響不大但是，這并不意味此 時(shí)安全參數(shù)入對(duì)系統(tǒng)的意義不大圖3所示為隨機(jī) 減速槪率P =0.4.臨界換道概率P ,_2 =0.8.車流 密度 =0.5的條件下速度I，和速度的方差S與安 全參數(shù)入的關(guān)系.從圖3可以看出隨著安全參數(shù)入 的增加，車輛的速度"在1.2551.28的范圍內(nèi)變 化' 化ffi度較小LL有增大的趨勢(shì)這說(shuō)明在車 流密度校小或者較大時(shí)安全參數(shù)入的引入對(duì)系統(tǒng) 的速度還是存在定影響的此時(shí)速度的方差S變 化則很

31、明顯安全參數(shù)入變?nèi)藭r(shí)速度的方差S也隨 之變大.當(dāng)安全參數(shù)入0.5時(shí)，速度的方差S增氏 變緩.考慮到安全參數(shù)A增大時(shí)，由于駕駛員的駕 駛心理越來(lái)越偏甘險(xiǎn)一部分的車輛町以獲得相對(duì) 較大的車速，因而另部分的車輛的速度則相應(yīng)偏 小，在平均速度變化不大的前提下系統(tǒng)的方總S變 大了 從安全的角度考慮總是希望車輛在道路I： 行駛的速度差異不大，即速度的方差越小越好，因 此當(dāng)車流密度較大時(shí)一個(gè)較小的安全參數(shù)入值 對(duì)交通系統(tǒng)的安全性是有好處的.圖4所示為隨機(jī)減速槪率P, = 0. 4 .安全參數(shù)入 = 0.2時(shí),不同車流密度D下的臨界換道槪率P_2 與速度“的關(guān)系對(duì)比圖4 (a)和Q)可以發(fā)現(xiàn)，換道 行為對(duì)于系

32、統(tǒng)的速度。影響并不明顯.當(dāng)車流密度 較小時(shí)交通流為門由流由于車輛間的相互作用 較小車輛很少需妥利用換追來(lái)維持或獲得匹商的 車速.當(dāng)車流密度O絞大時(shí)，車輛的速度很低，終駛 員總會(huì)希望通過(guò)變換車道從而獲冉更快的速度但 是由于此時(shí)的車流流員很大車輛很少能找到穿越 間隙進(jìn)行換道并且由于前車的速度不高因此換 道車輛提速的可能性也不大.因而在車流密度較小 和較大時(shí)，換道對(duì)于車速的影響都很小.特別是在71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin.

33、Vol. 60, No. 8 (2011 )08450271994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 )084502圖3 P4 -0.4. P, ,_2 =0.8.0=0.5時(shí).速度0和方差S與安 全參數(shù)入的關(guān)系圖4兒=0.4.入=0.2時(shí).臨界換迫槪曝巴.一 2與速度的關(guān)系 (a ) /) »0. 1.0. 2 . 0. 3 . 0. 4 ： 0>)/) »0.

34、5 . 0. 6. 0. 7. 0. 871994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 )08450271994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 )084502084502-571994-

35、2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502180ii邛迪廉.幾.凡 A車流密度大小適中(0.2WOW0.4 )時(shí),車輛間的相 互作用逐漸增多，車輛可以選擇變道維持或者獲得 更快的車速同時(shí)在這個(gè)密度區(qū)間車輛也Yj更多的 機(jī)會(huì)完成變道過(guò)程因此預(yù)想此時(shí)的車速應(yīng)該會(huì) 隨著臨界換道概率的提升而有所增加，但模擬得到 的結(jié)果卻和偵想的不同無(wú)論臨界換道概率如何變 化車輛的速度并沒(méi)有明顯的變化.圖5

36、所示為密度I) =0.85,安全參數(shù)入=0.Mi 機(jī)減速槪率兒=0.4時(shí)速度r和方差S與臨界換 道慨率化.L2的關(guān)系從圖5可以看出，速度r在 0. 2460. 254之間微小變化，且隨選擇換道慨率的 增大而呈增大的趙勢(shì)此時(shí)，雖然速度“的變化不明 顯，們是速度的力差S變化顯著能體I.隨祎選擇換 道慨率的增大術(shù)上升.占慮到車輛換道以后會(huì)對(duì)系 統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，即換道車輛后的跟馳車輛由于 換道車輛的駛離可以獲得更快的車速而相鄰車道 的后續(xù)車輛則會(huì)因?yàn)閾Q道車輛的駛?cè)攵扇”匾?的減速制動(dòng)措施使得車速降低，但是棉體的平均車 速變化不明顯，因此速度的方差變大了圖5表明, 換道行為對(duì)于車輛個(gè)體而；T,是維持

37、車速不至于減 速或者獲得更快速度的很好措施但是對(duì)于系統(tǒng)而 言，換道行為并不能夠提升交通系統(tǒng)的平均行駛速 度和流量，相反會(huì)因?yàn)樗俣鹊姆讲钭兇蠖绊懡煌?系統(tǒng)的安全性.0.44().410. 380. 35圖5 I) =0.85. A =0.Pll =0. 4時(shí).速度r和方差S與臨界換道 槪率化.一2的關(guān)系圖6為隨機(jī)減速概率匕=0.4、安全參數(shù)入=0 的條件下不同臨界換道槪率P.,-2下的密度1)與 每輛車的平均換道次數(shù)的關(guān)系圖6表明越大的臨 界換道概率意味著車倆平均換道次數(shù)越多.同時(shí), 在密度0.2 W D W 0.4時(shí).車輛的平均換道次數(shù)增 氏?？爝@也與此時(shí)車輛的換道需求增加且換道機(jī) 會(huì)也相應(yīng)

38、增加的情況相符.當(dāng)車流密度D較小時(shí), 平均換道次數(shù)隨著密度的增加而增加；而當(dāng)車流密 度較大時(shí)卩均換道次數(shù)將隨著密度的増加而減 小，這與文獻(xiàn)23的研究結(jié)果相似.圖6幾0.4入=0時(shí)乍說(shuō)密哎勺平均換逍次數(shù)的關(guān)系4結(jié) 論本文采用了雙車道元胞口動(dòng)機(jī)模型研究了不 同的n駛心理對(duì)城市道路交通的影響.機(jī)據(jù)交通丁 程學(xué)以及南京市的實(shí)地調(diào)査明確了咒駛員在城市 道路行駛時(shí)并不十分愿意行駛在十?dāng)_最大的外側(cè) 車道的現(xiàn)實(shí).里于此，引入了反應(yīng)縄駛員換道心理 的選擇換道概率同時(shí)，對(duì)于元胞自動(dòng)機(jī)模型中的 確定性減速過(guò)程，引入了反映鋼駛心理的安全參數(shù) 入不同的入ft*代表銘駛員的謹(jǐn)慎或者h(yuǎn)險(xiǎn)的銘駛 心理通過(guò)模型的模擬得到多種悄

39、況卜速度、密度 與流s間的關(guān)系(III線.模擬的結(jié)果表明，選擇換道 槪率可便換道車輛很女(維持行駛速度，但是對(duì)于交 通系統(tǒng)的流斎與平均車速影響不大安全參數(shù)入對(duì) 交通系統(tǒng)的影響則較為明顯在車流密度0.2 w I) w o. 4時(shí).偏日險(xiǎn)的耀駛心理»r以獲得更快的車速. 提高交通系統(tǒng)的流量.鳳后需要指出的是本研究忽略了城市道路屮 公交車停輅對(duì)交通流的影響.事實(shí)上，在城市道路 的外惻車道，右一定數(shù)帚的公交車行駛與停靠，公 交車不同于社會(huì)車輛的行駛持性會(huì)對(duì)交通流造成 定的影響因此在后續(xù)的研究'I'.Yj必要在現(xiàn)右 模型中加入公交車的影響.71994-2015 China Ac

40、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 08450271994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502084502-671994-2015 China Academic Jou

41、rnal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502Iuun Y W 2009 Ph D DiMCrtalion (Hefei： llnivernily <>(Science an<l Technology of China ) (in Chinese)袁H明 2009 博土學(xué)位論文(合靶：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué))2. Cremer M 4 Lmlwig J 1986 Malh. Comp. Simul 28 2

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48、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502084502-771994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nel物 理學(xué)報(bào) Acta Phys. Sin. Vol. 60, No. 8 (2011 ) 084502A two-la ne cellular automat on traffic flow model withthe in flue nee of driving psy