２０１４￣ｇ８期总第１５２期 ＳＩＬ＿Ｃ０Ｎ ＶＡＬＬＥＹ 固 两种行车规则的元胞自动机模拟与分析 林雯。高涵，冯畅 （对外经济贸易大学，北京１ ０００２９） 摘 要 现有的应用比较广泛行车规则是“靠右行驶，左侧超车”。为了权衡高速公路上交通流量和安全的问题，我 们改善原有规则并提出了“向右让车”的规则。针对低负荷和高负荷状态下的不同交通路况，设计算法对两种规则下 的行车情况进行仿真模拟，并分析新规则在提高交通流量与降低交通风险的有效性。 关键词行车规则；交通流量；安全行驶 中图分类号：Ｕ４９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７卜７５９７（２０１４）０８—０１７１一Ｏ１ １规则解读 取平均值之后进行对比分析。 “靠右行驶，左侧超车”规则（以下称旧规则）：车辆在右 ４．１在双车道下 侧行车道行驶，前方车辆速度较慢时则向左变道进入超车道进 １）在１ｉｇｈｔ时，发车速率为０．１２５辆／秒。旧规则总延缓 行超车，超车后回到行车道。 均值为２６３３０２ ｍ，平均到达速度为２１．６３ ｍ／ｓ；新规则总延缓 “向右让车”规则（以下称新规则）：不能超车只能让车， 均值为２３２０８０ ｉｎ，平均到达速度为２２．０３ ｍ／ｓ。新规则相比旧 所有车都希望按照原来速度前进。此规则下，不再设有超车道， 规则总延缓下降ｌ１．９％，平均到达速度上升１．８５％。 所有车道均为行车道，左边为快车道，右边为慢车道。 ２）在ｈｅａｖｙ时，发车速率为０．２５辆／秒。旧规则总延缓 ２横型简介 均值为１２５１６２７ ｍ，平均到达速度为ｌ８．３９ ｍ／ｓ；新规则总延缓 元胞自动机，是一时间和空间都离散的动力系统。散布在 均值为１１９３８７５ ｍ，平均到达速度为１８．４６ ｍ／ｓ。新规则相比旧 规则格网（Ｌａｔｔｉｃｅ Ｇｒｉｄ）中的每一元胞（Ｃｅｌ１）取有限的离 规则总延缓下降４．６％，平均到达速度上升０．３８％。 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 ４．２在三车道下 新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。不 １）在ｌｉｇｈｔ时，发车速率为０．２辆／秒。旧规则总延缓均 同于一般的动力学模型，元胞自动机不是由严格定义的物理方 值为３５９５０２ ｍ，平均到达速度为２２．１２ ｍ／ｓ；新规则总延缓均 程或函数确定，而是用一系列模型构造的规则构成。凡是满足 值为２８６５８１ ｍ，平均到达速度为２２．７８ｍ／ｓ。新规则相比旧规则 这些规则的模型都可以算作是元胞自动机模型。因此，元胞自 总延缓下降２Ｏ．２８％，平均到达速度上升２．９８％。 动机是一类模型的总称，或者说是一个方法框架。其特点是时间、 ２）在ｈｅａｖｙ时，发车速率为０．５辆／秒。旧规则总延缓均 空间、状态都离散，每个变量只取有限多个状态，且其状态改 值为２７５００１０ ｍ，平均到达速度为１８．３２ ｍ／ｓ；新规则总延缓均 变的规则在时间和空间上都是局部的。 值为２４９５９１１ ｍ，平均到达速度为１８．５０ ｍ／ｓ。新规则相比旧规 ３算法思路 则总延缓下降９．２％，平均到达速度上升０．９８％。 定义一段长度为５０００米的高速公路，车辆以概率Ｐ进入最 ４．３在四车道下 安全的车道（前方车辆离起点最远的车道），并记录已经发出车 １）在ｌｉｇｈｔ时，发车速率为０．３３３辆／秒旧规则总延缓均 辆的数量。每一辆车拥有坐标、车道号、固有速度Ｖ 与实际运 值为９７３１５０ ｍ，平均到达速度为２０．８７ ｍ／ｓ；新规则总延缓均 行速度Ｖ 四个属性，其中固有速度Ｖ。在整个运行过程中不变， 根据设定在［１，ｕ］之间均匀分布，在发车时设定；实际运行速 值为６４６８０２ ｍ，平均到达速度为２２．１７ ｍ／ｓ。新规则相比旧规 度Ｖ，将根据交通规则进行变化，但不会超过Ｖ。。仿真系统会每 则总延缓下降３３．５３％，平均到达速度上升６．２３％ ０．１秒按照从终点到起点的顺序依次刷新各车辆的位置，并按 ２）在ｈｅａｖｙ时，发车速率为０．７５辆／秒。旧规则总延缓 照指定的交通规则在需要时进入左右相邻车道。当任意车辆前 均值为３９５８０１７ ｎｌ，平均到达速度为１８．２５ ｍ／ｓ；新规则总延缓 方安全距离内出现其他车辆，且交通规则未能进行有效避让时， 均值为３７１８８１５ ｍ，平均到达速度为１８．４９ ｍ／ｓ。新规则相比旧 该车辆的实际运行车速Ｖ．将被降低至前方车辆的实际运行速度 规则总延缓下降６．０４％，平均到达速度上升１．３２％。 Ｖ．’；若汽车当前实际运行速度低于固有速度，但前方安全距离 通过上述数据，可以发现，保证了安全的前提下，新规则 内无车，该车实际运行车速Ｖ。将被提升至固有速度ｖ。。当汽车 在降低延缓距离，提高平均到达速度上有显着提高，从而提高 坐标大于终点坐标时，视为汽车通过，仿真系统会记录通过的 了交通流，在ｌｉｇｈｔ条件下此优势更为显著，在ｈｅａｖｙ下不显著 汽车数量以及通过时的平均速度（实际速度）。所有汽车在运行 但也能提高交通流，所以经仿真模拟分析可知，新模型在保证 过程中，因Ｖ ＜ｖＤ而少前进的距离，将被累加记录为总延误距 安全前提下，更 ３Ｏ 离。“通过时平均速度”及“总延误距离”为该仿真系统中对交 一有效的提高了交 ２５ ■●ｌ■ 一日■ｌ■ 通规则的重要评价指标。另外，每３Ｏ秒通过的汽车数量也会被 通流，所以更加 ２Ｏ 记录，以判断该段高速公路车流的稳定性。 优于旧模型。 ｌ５ ４模拟结果分析 为了评价 ｌ０ 两种规则下，在１ ｉｇｈｔ和ｈｅａｖｙ两种情况下，分别对双车道、 新旧模型在稳 三车道、四车道时的总延缓、平均到达速度进行了七次仿真模拟， 定性上的优劣， ” ｌ ７ ｌ３ １９２５３ｌ ３７ ４３ ４９５５ ６ｌ ｌＩ（下转第ｌ９８页）“ Ｔ 咖ｕＭ 另外我们斋要搭建 码对显示屏的显示进行布局控制。 比较，曩 誓 趸 言薷＋高速比较器用的 … 腿 Ｏ ３结论 是ＴＩ公司的ＴＬＶ ３５０２由测试结果可知本设计能够很好地实现简易逻辑分析仪的 ．ＩＮ＾ ． 型号的４．５ｎｓ轨至轨比 功能，具体测试指标如四路波形显示均达到实际使用要求，整 较器。该推挽输出比较 体性能稳定良好。在计算机数字视频信号处理系统研制中使用 器ＴＬＶ ３５０ｘ系列提供一＋Ｉｍ 这种自制的逻辑分析仪进行观测帮助完成了信号分析和测试等 ‘ 个延迟时间为４．５ｎｓ的 重要任务收到了很好的效果。采用芯片ＥＰ４ＣＥ１５Ｆ１７Ｃ８作为硬件 快速传播延迟时间并且 ＋Ｉ陋 平台，Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ与Ｎｉｏｓ ＩＩ为软件平台，用Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ语言 操作电压范围为＋２．７ Ｖ 可设计出具有多级采样时钟逻辑分析仪，上述的设计过程通过 至＋５．５ Ｖ，超越摆幅输 利用ＦＰＧＡ设计逻辑分析仪，软件设计替代了传统的电路硬件设 入共模范围，使其成为 计，不仅设计的灵活性得到了提高，电路设计所受到的硬件方 图２高速比较器内部情况 低电．压应用中的理想选 面的也得到了降低，另外系统的成本也得以降低。这种基 择。轨到轨输出直接驱动或者ＣＭＯＳ或者ＴＴＬ逻辑。图２为该高 于ＦＰＧＡ的逻辑分析仪不仅具有广阔的实用性，还具有广泛的应 速比较器的内部图，图３为电路图。 用性，经济和社会效益得以实现，在学校教育和科学研究上都 会产生一定意义。 参考文献 ［１】王建国，汪新新．基于ＦＰＧＡ的简易逻辑分析仪的设计【Ｊ】．微 计算机信息，２００８，２４（１０－Ｉ）：２１４－２１６． ［２］左超，周金刚，崔长生．基于ＦＰＧＡ的简易逻辑分析仪［Ｊ】．电 子工程师，２００８，３４（１２）：４－７． 【３】张俊涛，马文博．基于ＦＰＧＡ简易逻辑分析仪的设计与实现 ［Ｊ］．化工自动化及仪表，２０１１，３８（９）：１１２８－１１ ３０． ［４】程达，唐宏昊，邢玉秀．基于ＦＰＧＡ的简易逻辑分析仪设计 …．国外电子元器件，２００８，１（９）：２５－２９． 【５】王景存，李炳生，郝国法，等．用ＦＰＧＡ实现数字逻辑分析仪 设计［Ｊ】．武汉科技大学学报，２００１，３（２４）：２９８－３００． ［６】王培元．基于ＦＰＧＡ的逻辑分析仪设计［Ｊ］．襄樊学院学报， ２００９，３０（５）：３４—８１． 作者简介 图３外围电路电路图 龙菲（１９９１－），女，四川达州人，大四在读，研究方向 ２）搭建软件平台。利用Ｎｉｏｓ ＩＩ进行驱动，并控制显示屏 微电于。 界面。其中显示屏驱动代码为自带的，另外我们编写了控制代 赵一帆（１９９２一），四川省成都人，大四在读，研究方向： 微电子。 ”（上接第１７１页）ｆｔ 我们在三车道的ｌｉｇｈｔ条件下，时间设定在６００到４２００秒之内， 参考文献 通过仿真模拟得出新旧规则每分钟通过车数的标准差，在七次 ［１】李艳霞．基于多值元胞自动机的自行车流模型模拟及分析研 模拟后取平均值，则ｌＥｉ］模型的标准差为４．３３，新模型的标准差 究【Ｊ】．北京交通大学，２００８． 为３・６８，降低了１５・０１％，所以新模型相比于旧模型更加稳定。 作者简介 ５总结 林雯（１ ９９ ３一），女，江苏无锡人，本科，学生，研究方 我们根据现有的左侧超车规则，创立了新的让车规则。在 向：信息管理与信息系统。 基于元胞自动机改进之后的Ｎｓ模型的基础上 对两张规则下的 高涵（１ ９９ ３一），男，河北唐山人，本科，学生，研究方 行车情况进行了仿真模拟，通过对比分析，证明了“向右让车” 向：信息管理与信息系统。 规则确实能够提高交通流量，并且有效地降低了延缓距离，保 冯畅（１ ９９４一），女，湖南湘潭人，本科，学生，研究方 证了通行的稳定性。 向：会计学。 ｔｔ（上接第１９５页）竹 传输的方式，实现监控中心对整个系统的全面控制，从而保证 使得自动化控制系统发挥其该有的功能。要想达到目标，就必须 热网在预定温度目标值下安全、有效、稳定的运行。 让理论与实践有效的结合起来，这样才能实现自动化控制系统， ３）控制节点是热网自动化系统的终端和执行端，通过通讯 并且该系统在为城市节能的同时也完全符合我们的需求。 网络，控制节点一方面向监控中心反馈信息，一方面接受来自 参考文献 监控中心的指令，完成自动调节。 ［１】李建彬．关于供热系统中自动化控制的改进研究【Ｊ】．科技传 ４结束语 播，２０１ ３（２３）：７３，８９． 高效完善的信息与通信平台是实现热网供热系统自动化控制 【２］冀建平，陈福琴．城市集中供热系统中热网的自动化控制 的前提，另外我们也需要一些系统进行辅助工作，这样才能 ［Ｊ】．科技创业家，２０１２（２０）：８１．
