交通流模型中车辆换道规则的研究

本文主要探讨了基于元胞自动机(Cellular Automaton, CA)的交通流模型中的车辆换道规则，研究如何改进换道策略以提高道路通行能力和安全性。作者提出了两种新的换道规则，即STCA-Ⅰ模型和STCA-Ⅱ模型。 在传统的交通流模型中，换道行为可能导致交通冲突和事故。文中引入了换道风险度的概念，这个风险主要取决于换道车辆与相邻车道后方车辆的距离。作者设定了一定的安全缓冲距离dδ，当两车之间的距离小于这个值时，换道可能不安全。根据这一思想，他们提出了改进的换道规则，用数学公式表示为式(4)和式(5)。 STCA-Ⅰ模型考虑了驾驶员无法准确判断后方车辆速度的情况，车辆可能基于经验采取换道行动。而STCA-Ⅱ模型则假设相邻车道后方车辆以最高速度vmax行驶，以此来判断更安全的换道条件。这两种模型都在确保安全的前提下，增加了受阻车辆的换道机会，并且对于欲换道的车辆赋予一定的慢化概率，反映驾驶员追求速度最大化的实际行为。 文章通过数值模拟对STCA、STCA-Ⅰ和STCA-Ⅱ模型进行了对比分析。在超低密度区，三个模型的换道频率曲线基本重合，但在不同密度的交通流中，新提出的模型能更好地优化交通流性能。作者在模拟中引入了慢车（vmax = 3），以模拟混合车流情况，进一步增强了模型的现实适用性。 数值模拟结果显示，遵循新规则的模型能够不同程度地提升道路通行能力，提高道路资源利用率。同时，从安全性角度进行比较，可以确定更优的换道策略。这些发现对于交通工程领域优化交通管理，减少交通拥堵，提高道路安全具有重要的理论和实践意义。