换车道模型研究

管理纵横 Sw eeping over the m anag ement 换车道模型研究

谢 寒

(西南交通大学交通运输学院 610031)

摘 要换车道模型是研究微观交通流的基础模型之一。由于换车道所涉及的因素较多,与跟驰模型相比较发展相对滞后。本文简单介绍了目前使用比较多的Gipps、M IT SIM、CORISM、SIT RAS以及CA等换车道模型,以期对换车道模型的深入研究有一定启发。

关键词智能交通;换车道模型;Gipps;M IT SIM;CORSIM;SIT RAS;CA

换车道模型和车辆跟驰模型是微观交通仿真的重要组成部分,也是智能交通的组成部分。相对于跟驰模型而言,换车道模型的发展相对较为滞后。为了换车道模型的进一步发展,本文通过对常用的换车道模型研究进展进行系统的评价,以期对换车道模型的深入研究有一定帮助。

1 换车道模型研究

1.1 G ipps模型。G ipps模型是最早提出的换车道模型,由Gipps P.D.(1986)提出的,建立在有障碍(信号灯、障碍物等)情况下。模型中换车道行为分为产生意图、探测条件、动作实施三个部分。整个过程为:!当前地点堵塞或是有大车,存在可以变换的车道,驾驶员产生换道的意图。∀检测换道条件,采用可接受间隙模型即在进行换道的时候换道车辆与目标车道的前车、后车之间必须要有足够的间隙以保证不会发生事故,换道才有可实施的可能性。#只有前面的条件都满足的时候,才能进行换道的行为。在换道实施的过程中采用的是刹车减速的行为。显然G ipps模型只考虑了有障碍的情况下的换道行为,在实际换道行为中除了有障碍的情况还有无障碍的情况下驾驶员也会实施换道行为。这种情况在M IT SIM模型中被首次提出,并对换车道行为方式提出了一个相对较好的划分。

1.2 M IT SIM模型。M IT SIM(M Icroscopic T raffic SIM ula to r)模型是Q.Y ang和H.N.Ko utso po ulos(1996)提出的。该模型框架基于Gipps模型框架,同时对Gipps进行了一个补充和发展。

在M IT SIM模型中一个重要的发展就是首次把换道行为分为强制性换车道(M andator y L ane Changing,M LC)和判断性换车道(Discr et ionary L ane Changing,DLC)两种。强制性换车道定义为当车辆进入出口匝道,经过一个堵塞路段、避免进入禁止使用路段以及断头路等情况下发生的换车道行为。M IT SIM模型就换道的框架基本上采用的是Gipps的模型框架,只是在部分上有所不同,如意图产生方面分为判断性换车道和强制性换车道。对判断性换车道采用期望速度,也就是在换道车前方有车辆的情况下,换道车达不到理想的期望速度时,如果通过换道可以达到期望速度,换道车驾驶员就会产生换道的意图。强制性换车道则采用的是Gipps模型的方法。M IT SIM模型提出的换车道行为的分类从实际情况来看有一定的合理性,把G ipps模型归类为强制性换车道模型,这也是一种进步。至今对换车道行为的分类大多还是采用这种分类。但是这种划分只是考虑换道车自身的情况,而没有把与换道车有相互影响的其他车辆一起考虑,这也是一种遗憾。

1.3 COR ISM模型。CO RISM(COR ridor t raffic SIM ula t ion)模型是由美国联邦公路署(FH W A,1998)开发的,最早由Ha lati(1997)等人提出,整个模型采用的是M IT SI M的模型框架。由于是公路署开发的软件,整个软件综合了用于高速公路(FR ES

IM)和城市道路(N ET SIM)的模型。

1.4 SIT R AS模型。SIT RA S(Simulat ion of Int elligent

T RA nspo rt Sy stems)模型是由H idas(2002)提出来的一个基于人车单元的智能化的仿真系统,主要对交通系统在堵塞、事故的情况下进行分析和管理的模型。在该模型中采用了M ulti-ag ent智能主体,同时对换车道的方式进行了划分。

1.5 CA换车道模型。CA模型最初由W olfram提出,通过

简单的微观局部规则揭示了自然发生的宏观行为,是目前研究时空离散的理想物理模型。CA模型最基本的组成包括4个部分:元胞(cell)、元胞空间(latt ice)、邻域(neig hbo r)及更新规则(rule)。

模型具有时间离散等距、空间离散齐性、状态离散有限、计算同步并行、更新规则局部以及变量维数无限等特征。因此CA模型被广泛应用于各个领域。其改进首先运用到单车道道路交通研究中建立了N S模型。N S模型是N agel和Schr eckenber g(1992)提出的,用于单车道道路交通的研究中。

N S模型采用把一段路分成长为L的多个元胞,每个元胞描述成一辆车或几辆车,或者几个元胞组成一辆车。元胞或是空的,或显示为其所包含的车速。每辆车的从左到右在一根车道上以预设边界条件移动,在每个离散事件步骤t∃t+1,系统根据以下加速规则、减速规则、随机选择以及更新位置四条简单规则运行。规则中采用、(可接受的换道车n的速度、位置)、(换道车最大速度)以及(换道车n前方的空的元胞数量)来进行控制。

2 评价

以上仿真模型是几种较为常见的模型,每种都有自己的优缺点。通过对模型不足的补充和修正,使得换车道模型得到了长足的发展,同时还不断地引入新的方法来建立更为合理的模型。目前的模型框架大多还是采用G ipps模型框架,虽然随着计算机技术的进一步发展,大规模的计算可以达到,但是考虑到模型的运行时间这个重要特性,换车道模型还是需要进行大量的简化考虑。

同时在换车道行为中也涉及到一个重要的因素即驾驶员的因素,这个因素含有人为因素不容易界定,这也是让换车道模型的发展滞后的重要原因。随着人类对自身的认识以及模糊数学的建立,很多人类行为得到一定的界定。

3 结语

本文介绍了G ipps、M IT SIM、CORSIM、SIT RA S、M ult i-A gent、CA等换车道模型,并对其及发展进行了客观评述。通过这些评述可以清楚地了解到换车道模型发展至今有了很大的进步,但是也还存在着很多的不足,这也是多方面原因造成的。特别存在的大矩阵的运算方面还有待计算机技术的进一步发展。随着智能交通的进一步发展以及计算机技术的进步,在实时控制和预测方面也将会有进一步的发展。

参考文献

[1]徐英俊.城市微观交通仿真车道变换模型研究[D].吉林大学,2005.

[2]H alati A.,Lieu H.,Walker S..CORSIM-Cor ridor T raffic Si mula

tion M odel[C].Pr oceedings of the T raffic Congestion and T raffic Safety in the21st Century Conference.1997:570-576.

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