曼哈頓型城市道路網(wǎng)絡(luò)：路徑選擇和自適應(yīng)交通燈的影響.pdf

1、現(xiàn)實(shí)生活中的道路交通網(wǎng)絡(luò)可以視為由許多自驅(qū)動(dòng)粒子構(gòu)成的系統(tǒng)。在隨時(shí)間演化的過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出豐富多彩的非平衡物理現(xiàn)象。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口增加以及相應(yīng)帶來(lái)的車輛數(shù)目的增加，導(dǎo)致在上下班高峰時(shí)期以及節(jié)假日，各種各樣的交通堵塞見(jiàn)諸報(bào)端。如何改善城市道路交通也就成為了大家關(guān)注研究的焦點(diǎn)。交通流理論研究就是針對(duì)這一問(wèn)題發(fā)展而來(lái)。通過(guò)采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法，元胞自動(dòng)機(jī)方法等手段對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)建模并進(jìn)行模擬研究，能夠揭示道路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行規(guī)律，提出各種改善交通擁

2、堵問(wèn)題的優(yōu)化方法，能夠很好地指導(dǎo)交通部門(mén)規(guī)劃以及完善現(xiàn)實(shí)交通網(wǎng)絡(luò)。
　　本文以真實(shí)世界中道路網(wǎng)絡(luò)為藍(lán)本，根據(jù)其基本結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)構(gòu)建模型，通過(guò)研究網(wǎng)絡(luò)的演化過(guò)程得到非平衡的物理狀態(tài)。對(duì)車輛在道路網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有一定的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。本文在前人的工作基礎(chǔ)之上，針對(duì)曼哈頓型道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中選路方法以及自適應(yīng)交通燈進(jìn)行模擬研究。全文主要工作有:
　　1.分析不同的選路方法對(duì)整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)造成的影響。在相同的條件下進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)三

3、種選路方法下系統(tǒng)各指標(biāo)進(jìn)行比較，分析模擬結(jié)果:
　　隨機(jī)選路方法:車輛到達(dá)交叉口需要選擇方向時(shí)，直接從當(dāng)前可選方向中隨機(jī)選取一條道路駛?cè)搿Ｔ摲椒ê?jiǎn)單直觀，無(wú)需附加檢測(cè)，通信以及計(jì)算等相關(guān)步驟，完全可以由車輛自行實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)在于車輛會(huì)集中于道路網(wǎng)絡(luò)中心，導(dǎo)致同一個(gè)交叉口各方向車輛來(lái)流都很大，道路上車輛隊(duì)伍很長(zhǎng)，非常容易形成擁堵進(jìn)而導(dǎo)致全局鎖死。
　　ATISSR:車輛在面臨路徑選擇時(shí)，選擇即將駛?cè)氲穆范沃衅骄俣缺容^大的那一條駛

4、入。在該方法下，車輛密度分布呈現(xiàn)出風(fēng)車形狀，峰值位于網(wǎng)絡(luò)對(duì)角線上。不同方向行駛的車輛分布在不同的角落中，每個(gè)路口一般只有兩個(gè)方向的來(lái)流比較大，形成相互競(jìng)爭(zhēng)，一定程度上減輕了路口負(fù)擔(dān)。ATISSR只是改變系統(tǒng)中車輛的分布，對(duì)平均速度和平均流量的影響可以忽略。而且執(zhí)行時(shí)需要進(jìn)行額外的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)道路上車輛信息，并把這些信息傳遞給道路上的頭車。
　　ATISMR:車輛在面臨路徑選擇時(shí)，計(jì)算源點(diǎn)和目的地之間所有路段上平均速度信息，并選擇平均

5、速度最大的路線。研究發(fā)現(xiàn)車輛分布呈現(xiàn)出菱形，且菱形的角落位于網(wǎng)絡(luò)的四條邊上。車輛大都集中在菱形的四個(gè)角落中，因?yàn)橛谐渥愕目臻g能夠容納大量的車輛，所以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性得到了空前的提高。此外，在網(wǎng)絡(luò)處于飽和狀態(tài)時(shí)，ATISMR能夠一定程度提高系統(tǒng)平均速度和平均流量。ATISMR在觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)道路上車輛信息的基礎(chǔ)上，還涉及到大量的計(jì)算，對(duì)計(jì)算能力以及算法提出了較高的要求，適合于前兩種方法不能勝任的高密度情形。
　　2.在道路系統(tǒng)中引入自適應(yīng)

6、交通燈策略，使各方向綠燈時(shí)間與其對(duì)應(yīng)道路上車輛密度相關(guān)。引入的自適應(yīng)交通燈規(guī)則中涉及三個(gè)變量，通過(guò)數(shù)值模擬分別討論了這三個(gè)變量對(duì)系統(tǒng)的影響。具體如下:
　　靜態(tài)綠燈時(shí)間Tstatic:固定地分配給交叉口每個(gè)方向的綠燈時(shí)間。保證在一個(gè)周期中，每條進(jìn)車道最短的綠燈時(shí)間。并且靜態(tài)綠燈時(shí)間Tstatic越小，即自適應(yīng)交通燈的應(yīng)用程度越高。自適應(yīng)交通燈的應(yīng)用能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性NOR。此外，自適應(yīng)交通燈使車輛向網(wǎng)絡(luò)中心集中，同時(shí)整體降

7、低了網(wǎng)絡(luò)中車輛密度。
　　變量α:調(diào)整自適應(yīng)交通燈規(guī)則中變量α能夠影響路口綠燈時(shí)間的分配情況。能夠改變網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性NOR的分布。在ATISSR下，當(dāng)α比較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性隨著α的增加而增大，達(dá)到最大，然后隨著α的增加而減小。而在ATISMR下，當(dāng)α比較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性NOR位于比較高的水平，當(dāng)α繼續(xù)增加時(shí)，NOR隨著α的增加迅速下降，此時(shí)NOR數(shù)值上要小于ATISSR下對(duì)應(yīng)值。此外，當(dāng)α比較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中心車輛密度分布更加