基于元胞自动机的城市交通网络模拟模型 大连理工大学 张名举 刘勤一 孙宇哲 指导教师 贺明峰
本工作的目的是探讨利用元胞自动机模拟城市交通的可能性，给出了一个可行的理论与方法框架，并通过具体交通网络（局部）的计算机模拟，说明了该模拟模型的有效性，得到一些有效的结果及一些可以进一步探讨的问题。
一 初等元胞自动机 二 基于元胞自动机的基本交通模型 三 基本模型的扩展 四 城市交通网络的模拟
一、 初等元胞自动机
1.1模型的建立 考虑有等长的L个格子的线段 每一个格子i都有两种状态 0和 1，在t时刻i格子的状态记为： 记
1.2 关于函数 f 采用周期边界，即为元胞自动机，由于只有0、1两种状态，所以函数f共有256种状态。
256种状态 对给定初值及规则f，可通过计算机得到N步以后的演化结果 111 110 101 100 011 010 001 000 … 1 T 111 110 101 100 011 010 001 000 T+1 … 1 对给定初值及规则f，可通过计算机得到N步以后的演化结果
二、基于元胞自动机的基本交通模型
2.1一维模型 2.1.1模型的建立 考虑一个有等长的L个格子的线段，每个格子可有一个向右行驶的车或为空。行驶规则为：若前方格子有车，则停止。若前方为空，则前进一格，不能跟驰。采用周期边界，此即为NS模型(1992) 即：f为： T 111 110 101 100 011 010 001 000 T+1 1
2.1.2 结果
2.2 二维基本模型
2.2.1模型的建立 考虑一个L*L的网格，对任一格子(i,j),共有三种状态，即有一个向右行驶的车、有一个向上行驶的车和空。行驶规则为奇数时间向右行驶的车可以前进，切一辆车只有前方格子里空时可前进一格。不能跟驰，偶数时间步向上的车可以行驶，规则同右行。（BML模型1992）
2.2.2 结果
快照
三 基本模型的改进
3.1 一维变速模型 3.1.1模型 在NS模型的基础上，考虑车可有不同的速度，并制定相应的运行规则，最大速度为Vmax为正整数，这样，每个格子的状态为空，或具有一个小于等于Vmax的非负整数的车。运行规则考虑加速、减速、随机事件等因素。
3.1.2 结果
3.2 二维双向模型 3.2.1模型 在原二维的元胞自动机基础上，考虑双向行驶机制，则每个格子有七中状态：空，右行，上行，左行，下行，左右，上下。 运行规则类似于原二维模型。
3.2.2 结果
3.2.3 快照
3.3 二维双向多道模型 3.3.1模型 在二维双向模型的原胞自动机基础上，两列并排。即考虑左左右右的情形。类似于前述模型可给出相应的规则。
3.3.2 结果
3.3.3 快照
3.4 二维三向模型 3.4.1模型 对L*L网格中的任意(i,j)有四种状态，空，右，左，上，下。即为比BML模型多一种斜行机制，此时每三个时间段为一个计量单位。依次为右行，上行，斜行。
3.4.2 结果
3.5 二维基本街区模型 3.5.1 模型 如下网格车的运行机制用BML模型
3.5.2 结果
四 城市交通网络的模拟
4.1 道路分类 根据具体交通网络格路段的特性，将路段分为 单行路， 双向单车道， 双向多车道 等情形。
4.2 转弯机制 1。等概率转弯机制 2。不等概率转弯机制
4.3 交叉口策略 对给定切换周期考虑不同的定时切换策略具体有 1.等时间分配红绿灯 2.按照流量控制红绿灯分配时间
4.4 边界条件 1.闭合边界 2.周期边界 3.开放边界
4.5 结果
下图为大连市交通网络的一个局部
其拓扑图如下：
上图中已根据具体情况将路段分类，现考虑在封闭边界条件下，考虑不同转弯机制及交叉口策略组合对交通效率的影响。
五 进一步可讨论的问题
5.1立交桥问题。 5.2超车问题 5.3停车场问题 5.4边界问题（周期边界，开放边界） 5.5交叉口局部的CA模型 5.6红绿灯的协调问题 5.7改善路段作用的模拟 5.8增加路段作用的模拟