曼哈頓型城市道路網(wǎng)絡：路徑選擇和自適應交通燈的影響.pdf

1、現(xiàn)實生活中的道路交通網(wǎng)絡可以視為由許多自驅(qū)動粒子構成的系統(tǒng)。在隨時間演化的過程中會呈現(xiàn)出豐富多彩的非平衡物理現(xiàn)象。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口增加以及相應帶來的車輛數(shù)目的增加，導致在上下班高峰時期以及節(jié)假日，各種各樣的交通堵塞見諸報端。如何改善城市道路交通也就成為了大家關注研究的焦點。交通流理論研究就是針對這一問題發(fā)展而來。通過采用復雜網(wǎng)絡方法，元胞自動機方法等手段對道路網(wǎng)絡建模并進行模擬研究，能夠揭示道路網(wǎng)絡運行規(guī)律，提出各種改善交通擁

2、堵問題的優(yōu)化方法，能夠很好地指導交通部門規(guī)劃以及完善現(xiàn)實交通網(wǎng)絡。
　　本文以真實世界中道路網(wǎng)絡為藍本，根據(jù)其基本結構，特點構建模型，通過研究網(wǎng)絡的演化過程得到非平衡的物理狀態(tài)。對車輛在道路網(wǎng)絡中的運動規(guī)律具有一定的理論和實際指導意義。本文在前人的工作基礎之上，針對曼哈頓型道路網(wǎng)絡系統(tǒng)中選路方法以及自適應交通燈進行模擬研究。全文主要工作有:
　　1.分析不同的選路方法對整個道路網(wǎng)絡造成的影響。在相同的條件下進行數(shù)值模擬，對三

3、種選路方法下系統(tǒng)各指標進行比較，分析模擬結果:
　　隨機選路方法:車輛到達交叉口需要選擇方向時，直接從當前可選方向中隨機選取一條道路駛入。該方法簡單直觀，無需附加檢測，通信以及計算等相關步驟，完全可以由車輛自行實現(xiàn)。缺點在于車輛會集中于道路網(wǎng)絡中心，導致同一個交叉口各方向車輛來流都很大，道路上車輛隊伍很長，非常容易形成擁堵進而導致全局鎖死。
　　ATISSR:車輛在面臨路徑選擇時，選擇即將駛入的路段中平均速度比較大的那一條駛

4、入。在該方法下，車輛密度分布呈現(xiàn)出風車形狀，峰值位于網(wǎng)絡對角線上。不同方向行駛的車輛分布在不同的角落中，每個路口一般只有兩個方向的來流比較大，形成相互競爭，一定程度上減輕了路口負擔。ATISSR只是改變系統(tǒng)中車輛的分布，對平均速度和平均流量的影響可以忽略。而且執(zhí)行時需要進行額外的觀測和統(tǒng)計道路上車輛信息，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，計算源點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)絡的四條邊上。車輛大都集中在菱形的四個角落中，因為有充足的空間能夠容納大量的車輛，所以網(wǎng)絡運行可靠性得到了空前的提高。此外，在網(wǎng)絡處于飽和狀態(tài)時，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、統(tǒng)計道路上車輛信息的基礎上，還涉及到大量的計算，對計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

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

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