元胞自动机交通流模型分解.ppt

第六章本章主要内容
§1元胞自动机理论
§2元胞自动机交通流模型相关文献：教学目的：了解初等元胞自动机的基本概念，掌握元胞自动机交通流模型的建立方法，掌握NS交通流模型的特点、适用条件及其仿真。
重点：NS交通流模型
难点：NS交通流模型的仿真§1元胞自动机理论在CA模型中，散布在规则格网(LatticeGrid)中的每一元胞(Cell)取有限的离散状态，遵循同样的作用规则，依据确定的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。
CA模型的特点：时间、空间、状态都离散，每个变量只取有限多个状态，且其状态改变的规则在时间和空间上都是局部的。
二、初等元胞自动机二、初等元胞自动机256种初等CA规则Threecenturiesagosciencewastransformedbythedramaticnewideathatrulesbasedonmathematicalequationscouldbeusedtodescribethenaturalworld.Mypurposeinthisbookistoinitiateanothersuchtransformation,andtointroduceanewkindofsciencethatisbasedonthemuchmoregeneraltypesofrulesthatcanbeembodiedinsimplecomputerprograms.三个世纪以前，人们发现建立在数学方程基础上的规律能够用于对自然界的描述，伴随着这种新观念，科学发生了变革。在此书中我的目的是应用简单的计算机程序来表达更为一般的规律，并在此种规律的基础上建立一种新的科学，从而启动另一场科学变革。90号规则：分形结构
——CA_rule_90.m
§2元胞自动机交通流模型特别注意：第184号规则
车辆行驶规则为：黑色元胞表示被一辆车占据，白色表示无车，若前方格子有车，则停止。若前方为空，则前进一格。二、NS模型
在第184号规则的基础上，1992年，德国学者Nagel和Schreckenberg提出了一维交通流CA模型，即，NS模型（或NaSch模型）
NagelandSchreckenberg.ACellularautomatonmodelforfreewaytraffie．JournalofPhysics(France)，1992
CA模型最基本的组成包括四个部分:元胞(cell)、元胞空间(lattice)、邻域(neighbor)及更新规则(rule)。NS模型是一个随机CA交通流模型，每辆车的状态都由它的速度和位置所表示，其状态按照以下演化规则并行更新：
a）加速过程：

b）安全刹车过程：

c）随机慢化过程：
（以随机慢化概率p）
d）位置更新：
NS模型的演化规则：在NS模型的基础上，又陆续地提出了一系列一维CA交通模型，如TT、BJH、VDR、FI等模型；
双车道CA交通模型：STNS模型
机非混合CA模型：CCA模型
城市路网CA二维模型：BML、CTM模型近年国际上出现的一门新的交叉学科
－交通物理学
,Springer2004
“幽灵式交通堵塞”（“phantom”or“ghost”trafficjams）的现象早在1975年就由Treiterer和Myers通过航拍图像发现。
直到1992年由德国学者Nagel和Schreckenberg用元胞自动机（CA）交通流模型才加以成功再现和模拟解释。
NagelandSchreckenberg.ACellularautomatonmodelforfreewaytraffie．JournalofPhysics(France)，1992高速公路自发形成的堵塞——幽灵堵塞（ghostjam）、时走时停（stop-and-gowave）条件：
随机慢化概率p；
密度ρ=13.3veh/km/lan（0.1）
ρ=20veh/km/lan（0.15）
ρ=33veh/km/lan（0.25）
车辆长度~7.5m；道路长度L=7.5m×120=900m
速度：1~7.5m/s=27km/h；
2~2×7.5m/s=54km/h；
3~3×7.5m/s=81km/h；
4~4×7.5m/s=108km/h；
5~5×7.5m/s=135km/h；
随机慢化概率p=0.2；密度ρ=13.3veh/km/lan（0.1）；随机慢化概率p=0.2；密度ρ=20veh/km/lan（0.15）；随机慢化概率p=0.2；密度ρ=27veh/km/lan（0.2）；随机慢化概率p=0.2；密度ρ=33veh/km/lan（0.25）；交通流CA模型的主要优点：
（1）模型简单，特别易于在计算机上实现。
（2）能够再现各种复杂的交通现象，反映