（武理录用）基于改进随机慢化规则的双车道速度效应模型_在线真题试卷与模拟练习_（武理录用）基于改进随机慢化规则的双车道速度效应模型_考试宝

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在NaSch单车道模型减速规则演化过程中，前方车辆始终被当作静止的粒子处理，即从$$t$$到$$t+1$$的时间步中，车辆速度的更新只考虑了$$t$$时刻当前车辆与前方车辆之间的空间间距，而没有把前方车辆运动的影响考虑进去，这显然与实际道路交通状况不符，因为车辆在实际行驶过程中不仅仅只关注与前方车辆间的距离，同时也关注前方车辆的速度，NaSch模型中前方车辆为静止车辆的假设会明显降低车辆的行驶速度。对此，考虑前车的速度效应，对前车赋予一个虚拟速度$$v'(n+1,t+1)$$，$$v'(n+1,t+1)$$通过下式计算得出： $$ v'(n+1,t+1)=\min\{v_{\max}-1,v_{n+1}(t),\max\{0,d_{n+1}(t)-1\}\} $$ 改进后的减速规则为： $$ v_n(t+\frac{2}{3})=\min\{v_n(t+\frac{1}{3}),d_n(t)+v'(n+1,t+1)\} $$ 式中，$$v'(n+1,t+1)$$表示第$$n+1$$辆车（第$$n$$辆车的前车）在$$t+1$$时刻的虚拟速度。

在NaSch单车道模型随机慢化规则演化过程中，随机慢化概率的取值始终为恒定值，即在STCA双车道模型中，换道后的车辆在其车道上行驶时，所有车辆的随机慢化概率一致，并且该随机慢化概率值不会随着时间的推移和道路状况的改变而动态调整变化，这显然与实际道路交通状况相悖。对此，考虑对随机慢化概率进行改进，改进后的随机慢化概率函数为： $$ p_{slowdown}=\begin{cases}p_1 & d_n(t)+v'(n+1,t+1)\geq d_0\\p_2 & d_n(t)+v'(n+1,t+1)< d_0\end{cases} $$ 式中，$$p_1$$、$$p_2$$为随机慢化概率，其中$$p_1

此外，在NaSch单车道模型随机慢化规则演化过程中，随机减速幅度的取值始终也为恒定值，然而在现实交通中，如果车辆行驶的越快，那么车辆在受到干扰后速度下降的幅度也就越大，因此，减速幅度需要考虑车辆速度的影响，对于不同的车速，应该采用不同的减速幅度。对此，考虑对随机慢化规则进行改进，改进后的随机慢化规则为： $$ v_n(t+1)=Round\left[v_n(t+\frac{2}{3})*0.8\right] $$ 在此随机慢化规则中，随机慢化概率$$p_{slowdown}$$不再是恒定不变的数值，而是随着空间间距与前车虚拟速度的和的变化而变化。依据现实车辆运行特征，设定$$p_1$$值小于$$p_2$$值，即当该车发现与前车之间的距离变大从而想要加速时，此时随机慢化概率$$p_{slowdown}$$为数值较小的$$p_1$$，因而发生随机慢化现象的次数将减少，该车将更容易加速；当该车发现与前车之间的距离变小从而想要减速时，此时随机慢化概率$$p_{slowdown}$$为数值较大的$$p_2$$，因而发生随机慢化现象的次数将增多，该车将更容易减速。此外，在此随机慢化规则中，随机减速幅度的取值也不再是固定的数值，而是随着车速的变化而动态地调整变化。当车速大于0时，车辆以随机慢化概率$$p_{slowdown}$$进行减速，减速幅度为原车速的20%，结果四舍五入取整。

在STCA模型的车辆换道规则中，所有车辆只要满足基本换道条件即可换道，这将导致车辆在短时间内的频繁变道，从而产生乒乓换道现象。对此，在原STCA模型车辆换道规则的基础上，考虑添加避免车辆频繁换道的条件，避免车辆频繁换道的条件为： $$ \tilde{v}_n(t+1)>d_n(t) $$ 式中，$$\tilde{v}_n(t+1)$$为第$$n$$辆车换道成功的虚拟速度，若其值小于$$t$$时刻第$$n$$辆车与前车的空间间距$$d_n(t)$$，则不进行换道，即当$$v_n(t+1)>d_n(t)$$时，车辆换道。

此外，在STCA模型的换道安全条件中，以旁边车道后车的最大车速作为换道的安全前提，该换道安全条件在现实交通中太过保守，降低了道路的通行效率，这是因为在实际交通中，降低安全条件进行换道同样可以保证行车的安全性，例如当前车辆与旁边车道后车之间的间距较小，但当前车辆的车速要大于旁边车道后车的车速，故而即使没有达到换道安全距离仍然能够保证驾驶的安全。因此，为了更加真实地模拟道路交通流，换道的安全条件需要考虑旁边车道后车与该车的速度差。对此，在原STCA模型车辆换道安全条件的基础上，考虑旁边车道后车与该车的速度差的影响，对其换道安全条件进行改进，改进后的换道安全条件为： $$ d_{n,back}(t)>\max\left[0,V_{back,\max}-\min\{v_n(t)+1,v_{\max}\}+d\right] $$ 在此换道安全条件中，换道的安全前提不再是后车车辆的最大行驶车速，而是随着该车车速的变化而动态调整变化，例如，若该车的当前车速为最大行驶车速$$v_{\max}$$，则考虑到此时旁边车道后车的最大行驶车速也即为$$V_{back,\max}=v_{\max}$$，因而此时该车的车速始终大于或等于旁边车道后车的车速，所以此时的换道安全条件较低，换道安全条件为$$d_{n,back}(t)>d$$；若该车的当前车速为0，则考虑到此时旁边车道后车的车速可能为最大行驶车速$$V_{back,\max}=v_{\max}$$，为防止追尾事故的发生，故而此时的换道安全条件较高，换道安全条件变为$$d_{n,back}(t)>V_{back,\max}-1+d$$。式中，$$V_{back,\max}$$为旁边车道后车的最大行驶速度，$$d$$为确保安全换道情况下两车之间的缓冲距离，$$d\geq1m$$。

在元胞自动机交通流模型中，车辆状态的更新包括四个连续步骤，即加速过程、减速过程、随机慢化过程和位置更新过程。STCA模型的跟驰规则即为NaSch单车道模型演化规则，传统NaSch模型的车辆更新演化规则如下：

STCA模型的车辆换道规则由换道动机和安全条件两部分组成：

式中，$$d_{n,other}(t)$$表示在$$t$$时刻时，第$$n$$辆车与旁边车道前车之间的空间间距，$$d_{n,back}(t)$$表示在$$t$$时刻时，第$$n$$辆车与旁边车道后车之间的空间间距，$$d_{safe}$$是为了确保避免发生碰撞而设置的安全距离，一般设置值为$$v_{\max}$$。$$d_n(t)<\min\{v_n(t)+1,v_{\max}\}$$表示车辆在当前车道上不能以期望速度行驶，$$d_{n,other}(t)>d_n(t)$$表示车辆在旁边车道上有更好的行驶环境。

STCA-SDLC模型的跟驰规则和换道规则分别在原STCA模型的跟驰规则和换道规则基础上进行改进。其中，STCA-SDLC模型的跟驰规则中的确定性减速规则和随机慢化规则分别为以下在STCA模型基础上改进的减速规则和随机慢化规则，加速规则和位置更新规则不变；STCA-SDLC模型的换道规则中的换道安全条件为以下在STCA模型基础上改进的换道安全条件，换道动机不变，此外，在原STCA模型的换道规则基础上另添加新的避免频繁换道条件。

换道规则改进

仿真参数标定

基本图对比分析

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