基于MATLAB的交通流元胞自动机仿真平台

本项目致力于开发一套基于MATLAB的交通流元胞自动机（微观仿真）工具箱。通过汲取交通流研究的最新成果，建立起全面系统的模型标定、验证和数据处理模块，集成目前主要的交通流分析方法，便捷地实现数据可视化和运算结果的动态显示。开放的源代码便于同行之间的交流并有助于程序的优化。该工具箱可应用于研究我国城市交通的非线性动力学特征，建立可以描述城市交通流宏微观特征的元胞自动机模型，根据实测数据标定模型参数，通过高效快速的数值模拟仿真，利用实测结果检验所建模型的有效性和适用性，进而可以直接用于模拟一些实际的交通现象。本项目将为研制符合我国国情的交通分析和仿真软件系统提供一个高效、便捷的开发平台。

本项目致力于开发一套基于MATLAB 的交通流元胞自动机（微观仿真）工具箱。目前已经基本实现了项目的预期目标，充分考虑到MATLAB的特性，采用基于对象的编程方式，搭建了仿真软件的构架，开发了相应的工具箱，并应用于快速路的单（多）车道交通流、城市道路交通流（含交通灯）以及典型交通瓶颈（如匝道，交织区）的建模和模拟。目前已经发表了学术论文12篇，被SCI、EI和ISTP检索的各为7、1和1篇。主要成果包括：我们根据C 型双侧交织区的车辆换道特征建立相应的换道规则，采用多车道元胞自动机模型研究交织区系统的交通流特性，发现但当主路或匝道拥挤时，交织区长度的增加可以明显改善入口匝道的交通流状况；利用多车道元胞自动机模型研究双下匝道系统的交通流动态演化特征。采用可变情报板来实现交通诱导, 着重分析驾驶员选择目标匝道的决策行为及其对道路通行能力的影响；采用多车道元胞自动机模型研究有综合待行区的孤立信号灯交叉口系统，分析了待行区长度和信号灯周期对道路通行能力的影响。结果表明综合待行区的合理设置在进口流量较大时能明显提高道路通行能力，减少交叉口停车时间，但同时也会增加停车次数；在城市地面道路交通中考虑了司机的预期效应，并指出合适的驾驶策略可减少交通污染。该工具箱可应用于研究我国城市交通的非线性动力学特征，开发能够描述我国典型交通特征的元胞自动机模型，进而可以直接用于模拟一些实际的交通现象。本项目将为国内同行提供一个针对交通流元胞自动机模型的高效、便捷的开发平台。与此同时，我们对行人流的元胞自动机模型也开展了系列研究：采用改进的格子气模型研究了周期边界下通道内双向行人流的自组织成行现象。其中考虑了视野的影响。数值结果表明，改进的模型可以快速地再现成行现象；将地铁站内行人流的交织运动简化为连通双通道内两股行人通过瓶颈的情形。在推广的格子气模型引入背景场，使改进的模型可以刻画地铁站内行人流的运动特征；采用基于背景场的元胞自动机模型研究了人行横道上的双向行人流的自组织现象，其中行人之间的长程相互作用通过引入了行人视野来实现，数值模拟表明，该模型可以快速地再现成行现象，与实际观测相符。此外我们还连续3年组织了行人流的实验研究。在项目进行过程中，培养研究生6名（其中3名已经毕业）。