楊曉芳 尹蔓遲 付強(qiáng)

摘 要：為研究混合非機(jī)動(dòng)車道上快速行駛的電動(dòng)自行車想要超越前方低速行駛車輛而進(jìn)行鳴笛換道的現(xiàn)象，在分析經(jīng)典Nasch模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)理論提出一種混合非機(jī)動(dòng)車換道模型。首先，將混合非機(jī)動(dòng)車換道過(guò)程分為兩部分，即換道需求分析與換道操作過(guò)程;其次，在換道過(guò)程中引入鳴笛效應(yīng)的概念，通過(guò)對(duì)基本換道模型的改進(jìn)，建立混合非機(jī)動(dòng)車的一般換道與鳴笛換道模型，并給出相應(yīng)換道規(guī)則;最后，在改變交通流密度的情況下，對(duì)兩種不同換道模型進(jìn)行仿真對(duì)比分析。結(jié)果表明，當(dāng)交通密度較低或較高時(shí)，鳴笛換道模型與一般換道模型得到的車輛平均速度及交通量幾乎沒(méi)有差別，但在中等密度范圍內(nèi)，鳴笛換道模型得到的車輛平均速度及交通量明顯高于一般換道模型。說(shuō)明在中等密度范圍內(nèi)，鳴笛換道行為有利于提高道路通行效率，但當(dāng)密度較低或較高時(shí)，鳴笛換道行為對(duì)提高道路通行效率幾乎不起作用。

關(guān)鍵詞：交通工程;鳴笛換道規(guī)則;元胞自動(dòng)機(jī);混合非機(jī)動(dòng)車;換道模型;交通流

0 引言

交通系統(tǒng)中的鳴笛是指快速行駛車輛受到前方低速車輛阻擋，難以達(dá)到駕駛員期望速度而通過(guò)按喇叭的方式催促前方車輛加速行駛或讓道的行為方式[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鳴笛行為主要通過(guò)建立元胞自動(dòng)機(jī)模型研究鳴笛作用下的車輛換道行為，且集中于研究機(jī)動(dòng)車內(nèi)部交通流、機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突交通流等。對(duì)混合非機(jī)動(dòng)車內(nèi)部車輛鳴笛換道現(xiàn)象的研究，有助于更好地研究混合非機(jī)動(dòng)車交通流特性，對(duì)于提高混合非機(jī)動(dòng)車道通行效率具有重要意義，同時(shí)能夠?yàn)榈缆方煌ㄔO(shè)施優(yōu)化研究提供參考。

元胞自動(dòng)機(jī)模型簡(jiǎn)稱CA模型，是指在一個(gè)由離散、有限狀態(tài)的元胞所組成的空間中，元胞按照一定規(guī)則，在離散的時(shí)間維度上進(jìn)行演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)[2]。Nagel&Schrecenberg首先提出交通流CA模型—經(jīng)典Nasch模型，該模型能夠在一定程度上模擬交通流實(shí)際運(yùn)行狀況[3]。在Nasch模型基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出改進(jìn)的非機(jī)動(dòng)車CA模型，用于描述非機(jī)動(dòng)車交通流實(shí)際運(yùn)行狀況[4-5]。如張晉等[6]建立單向自行車二維CA模型，利用模型針對(duì)車道數(shù)變化對(duì)非機(jī)動(dòng)車道通行能力的影響進(jìn)行仿真分析;Zheng等[7]采用CA模型研究考慮鳴笛效應(yīng)的單車道機(jī)動(dòng)車流穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)鳴笛效應(yīng)能夠提高交通流穩(wěn)定性;馮雪等[8]采用多車道CA模型，針對(duì)城市道路非混合交通流建立考慮鳴笛效應(yīng)的CA模型并進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)在中等密度機(jī)動(dòng)車條件下，鳴笛效應(yīng)能夠減少自行車的越線行駛行為，但在低密度和高密度條件下效果不明顯;Jia等[9]采用CA模型研究鳴笛效應(yīng)對(duì)機(jī)動(dòng)車交通系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)鳴笛效應(yīng)能夠提高非均勻機(jī)動(dòng)車交通系統(tǒng)流量，但對(duì)于均勻性交通系統(tǒng)幾乎無(wú)影響;Zhao等[10]建立混合自行車元胞自動(dòng)機(jī)交通模型，用于描述混合自行車運(yùn)行過(guò)程中的超車現(xiàn)象;Tang等[11]針對(duì)交叉口內(nèi)部電動(dòng)自行車行駛過(guò)程中的逆行和換道行為，建立元胞自動(dòng)機(jī)（CA）模型并進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明應(yīng)嚴(yán)格控制換道和逆行行為，以保證交叉口內(nèi)部運(yùn)行效率和交通安全;Meng等[12]建立摩托車混合交通流CA模型，通過(guò)仿真分析得出，除在特定密度范圍外，還需要設(shè)置障礙物或車道將摩托車流與機(jī)動(dòng)車流分離開(kāi)。

上述道路交通鳴笛效應(yīng)研究中，對(duì)于混合非機(jī)動(dòng)車交通中考慮鳴笛效應(yīng)的換道模型研究還存在不足，缺少對(duì)混合非機(jī)動(dòng)車內(nèi)部車輛換道行為的研究。因此，本文在經(jīng)典元胞自動(dòng)機(jī)模型基礎(chǔ)上，借鑒已有的鳴笛換道行為相關(guān)研究，將混合非機(jī)動(dòng)車換道分為一般換道和鳴笛換道，建立非機(jī)動(dòng)車換道模型，制定相應(yīng)換道規(guī)則，并運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行模擬仿真，對(duì)比分析兩種不同情況下?lián)Q道模型對(duì)交通流的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用元胞自動(dòng)機(jī)理論對(duì)混合非機(jī)動(dòng)車的兩種換道方式——一般換道和鳴笛換道進(jìn)行建模與分析，結(jié)合電動(dòng)自行車與自行車騎行人具有不同期望速度的特點(diǎn)，給出混合非機(jī)動(dòng)車兩種換道方式的模型更新規(guī)則。在傳統(tǒng)NS模型基礎(chǔ)上，建立考慮鳴笛效應(yīng)的混合非機(jī)動(dòng)車交通流CA模型，并對(duì)不同交通密度下的兩種換道模型進(jìn)行仿真對(duì)比分析。結(jié)果表明，當(dāng)交通密度在0.2～0.6之間時(shí)，鳴笛換道行為對(duì)提高道路通行效率可起到一定作用，但在低密度和高密度狀態(tài)下，鳴笛換道行為無(wú)法提高非機(jī)動(dòng)車道通行效率。

目前針對(duì)混合非機(jī)動(dòng)車?guó)Q笛換道的研究仍存在不足，本文在建立鳴笛換道模型時(shí)，主要考慮電動(dòng)自行車速度相對(duì)自行車更快，更趨向于達(dá)到期望速度，并基于此加入鳴笛效應(yīng)，但是未考慮自行車?guó)Q笛的情況，今后需進(jìn)一步研究自行車的鳴笛換道行為，對(duì)換道模型進(jìn)行優(yōu)化。

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