研究计算机模拟的交通灯时间控制问题(1)论文

研究计算机模拟的交通灯时间控制问题(1)论文论文摘要：文章主要讨论城市交通灯的开启时间间隔的问题，在一些假设的基础之上，把城市交通灯周期时间控制问题进行简化，目的是使得路口的日平均车流量最大。根据实际情况，给出车辆行驶的一套规则，利用计算机仿真技术进行模拟，得到最优交通灯的间隔时间。 论文关键词：交通灯；车流量；计算机模拟 0引言 在现代社会中，交通问题已成为影响和制约国民经济发展的重大因素，而城市交叉口是城市道路网络的关节点，对其进行深入的研究是解决城市交通问题的关键所在。本文通过建立交通系统运行情况的数学模型，在一定的假设情况下，制定一些符合实际和遵循假设的规则，以模拟道路网络的车辆运行情况的方法，对其进行研究，也就是交通仿真模拟。 交通仿真技术是利用现代系统工程和计算机仿真技术成果发展起来的新的交通研究方法，它对于描述多变的、复杂的随机性过程非常有效。通过运用这种仿真技术，在计算机的环境下得以实现，可以更有效地掌握道路交叉口的各种复杂情况，对交通灯的开启时间进行研究，设计出城市交通灯各灯的开启时间，使得车流量最大，这对于城市交通问题的解决，是有着积极推动作用的，即在有限的道路资源条件下，尽可能大的提高交通运输能力。 综上所述，本文所讨论的问题即为设计各路口各方向的交通灯的红、绿灯亮的时间，使得日平均车流量最大。 1基本假设 针对以上提出的问题，作出如下的基本假设：设某城市的道路宽度B都相等，道路上双向行驶车辆，不考虑中途停车，且各方向的车流密度相同，道路网由无数条无限长且互相垂直的等宽（宽为B）的路组成，每个四条道路围成的街区呈正方形，边长为L，所有的车都直线行驶（不转弯、不超车），车长都为S，最大车速为v，行驶时安全车距（车头到前方车尾之距离）为D，停车时安全车距为d，车辆在停车线上从静止到穿过路口车头到达另一停车线（距离为B）所花时间为T=秒。 2问题的简化及其推导 假设1各个路口各个交通灯的周期T是一样的。 这里所说的周期T是指交通灯一次红灯时间T和一次绿灯时间T之和，即T=T+T，并且同时要求各个交通灯的T与T也是一样的。 假设2每条道路具有“状态对称性”。 由于是无限的道路网络，根据基本假设，每条道路的车流密度相同，而且这个网络具有几何对称性，再有周期T相同，可以推出整个道路网络的路况参数（包括车辆数、车距、车流量等）是相同的，也就是说，不存在任何一条有特殊状态的道路，所以说它具有“状态对称性”，即假设是合理的。 结论1设T为一次红灯时间，T为一次绿灯时间，则T=T+2T，其中T=。 证明：当某个路口的其中一个灯（不妨设为横向交通灯）由绿灯变为红灯时，仍然有一辆车正从停车线沿原方向开出，如果纵向的交通灯立即由红灯转为绿灯，则两个方向的车有可能在十字路口相撞，为了交通安全起见，必须使红灯有一个所谓的“滞后时间”，以确保横向开出的最后一辆车安全通过，而一次安全通过的时间为T=。 同样，当纵向灯再由绿灯转为红灯时横向灯的红灯也应该有一个“滞后时间”，以保证纵向开出的最后一辆车安全通过，即得T=T+2T。 显然，T=0，所以有TT0，即红灯时间不为零，也就是说，不可能出现某个方向总是绿灯行驶，这也比较符合实际的情况。 结论1保证了每个路口的横向和纵向交通车流的平衡性，即在横向行驶和纵向行驶中做到了一种公平性，以保证每个方向的车流都能通过路口。再由假设2，道路具有“状态对称性”，即横向道路和纵向道路是对称的，所以可以将问题从考察整个道路网络转化为考察一条道路的情形。 结论2每个“B+L路段”的车流量相同。 证明：我们