应用研究
数字执本与质用
基于元胞自动机的行人和车辆蔬散机理研究
以武汉市王家湾路口为例
姚层林左传
(武汉商学院湖北武汉430056)
摘要：近年来，城市经济水平飞速发展，对城市交通的发展越着支柱作用，使得市交通设施不能完全与不断增加的汽车保有量相遗应，城市交通问题日趋明垦。路口人行横道处行人和车辆之间的相互干扰日益增强，以致整个路口的运行效率下降此外,交通设范的不够完善从一定程度上造成了行人造规的不利后果,给行人和车辆带来巨大的安全隐患。国此,基于元胞自动机模型,深入了解行人和车辆的相互影响机理以及交通运行的特点,提出比较适含实际交通情况的建模方法,从而为有效地解决交通问题提供理论支持。
关键词元胞自动机交通路口行人和车输疏敏中图分类号：TP393
文献标识码：A
1引言
车辆组成的交通流是一个离散的系统，形成了复杂的交通运行状态。元胞自动机模型是交通流模型的基础，它定义在一个具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定的局部规则，在离散的时间维度上随之演化，能够从微观角度分析复杂的交通模型。在元胞自动机中，某一时刻一个元胞的状态只与前一时刻此元胞以及相邻元胞的状态有关，能够将时间和空间离散化，分割成一个小小的单元，其特性与行人运动的特性较好地匹配。进而分析行人和车辆在路口的交通流演化准则，进行合理地分散，从而减少拥堵的发生。
2城市道路拥堵
2.1城市道路特点
城市交通多交叉路口，普善遍由红绿灯控制，道路数量大，种类多。每条道路互连互通，交错纵横，形成网络，不同车辆的行驶情况导致了拥堵的必然发生。根据交通流量的不同，城市道路依次分为快速路、主干路、支路等层次车流量较小时，车辆自由行驶，其间没有相互联系，当车流量超过临界值时，拥堵就会产生。
以武汉市王家湾路口为例(图1)。 2.2交通拥堵
交通拥堵在实际道路上十分常见，一般来说，交通拥堵使车辆产生较长的排队现象，几乎无法前行。在拥堵和非拥堵的重合部分，交通流的状态非常不平稳，可能形成的自发拥堵也会影响交通的上游和下游，并由此向整个路网扩散。为了防止这类现象的发生，任何
时候都需要加强对路口交通情况的处理。 3基于元胞自动机的行人模型
根据元胞自动机的更新情况可分为：格子气体模型、领额域模型 Blue-Adler元胞自动机模型，动态参数模型等应用于行人流的仿真研究。
3.1模型及演化规则
在二维离散元胞网格系统中，把行人的移动区域划分为大小相等的正方形网格，大小取0.4×0.4m，每个网格相当于一个元胞，空格分两种：被一个行人占据或为空。采用Moore邻居的模型，如图2所示，行人可以向8个方向运动或者选择原地等待，在每个离散的时间步长内，行人只能移动一个元胞的长度。模型演化过程中，多个行人会同时选择一个空格，该冲突使得模型以等概率随机确定一个行人
的移动情况，没有被选择的保持静止。收稿日期：2016-08-25
文章编号:1007-9416(2016)09-0054-02
3.2行人运动特性
与车辆相比，行人运动更加复杂和不确定。根据环境的变化，他们会相应地选择恰当的方向和速度，而车辆受车道限制，相对来说运动特性比较简单。行人只能近距离和低速行走，步行速度小，步行路线和位置的选择范围广，能够迅递补上一个空位元胞。正常情况下，行人步行的速度差别不大，最高遵度与最低速度的差别可以忽略不计，并且行人从静止到运动的反应时间短，所以行人的运动特性可以认为只有静止或者以相同的递度前行。
3.3行人元胞自动机模型
如图1所示的网格，路口处有较多行人，剩余绿灯时间不同，他们到达下一位置的时闻不同，一般来讲，人行横道处剩余的绿灯时间题长，行人通过的速度就会越慢。通常来说，绿灯时间为10s以上时，行人平均速度为1.42m/s，10s内时间时，行人平均速度为1.84m/s，在网格上随机移动，当道路的行人流量≤1000人/小时，在行人间的相互干扰较小且外界因素作用不显著的情况下，服从泊松分布，如式1所示，而>1000人/小时，泊松分布不足以描述波动的人群，一般用负二项分布4来描述，如式2所示。
Pk
(t)*
e
K!
(0,..)
Pk=ct
办元品惠
支路
AS
全E
雪
快速路
主于道王家清路标酒@
(1)(2)
R
支路
主家湾
日主家海
世纪态#
实教
主千道
BR年+5?
国务！支路
统要
图1武汉市王家湾路口图
支路
宜昌汉办生富格
论文来源：武汉市社科基金项日《大规模建设背景下的武汉道露拥堵管理研究项目编号：14021)研究成果，
作者简介姚层林(1972一)，男，山东目照人,教投，高级工程师，毕业于华中科技大学颈研,研究方向：交通运输工程、高等教育管理等。万方数据