基于计算机仿真的高速公路收费站前扇出区布局优化模型

摘要

在高交通流量负载时,高速公路收费站区域会产生瓶颈效应,导致收费效率降低.因此如何提高其吞吐量和车辆的平均速度成为至关重要的问题.本文使用计算机模拟仿真的方法,优化收费站前方的扇形扩张状区域形状布局,来减少瓶颈效应的产生.为解决扇形扩张状区域的布局优化问题,本文建立特殊的元胞自动机模型,通过构建浮点数车辆加减速控制、车辆前行方向决策等约束规则,模拟车辆真实的拥塞、避让等行为,实现最大程度的仿真化.同时该模型的程序可以根据约束条件,生成经过离散化处理所有扇形扩张状区域的布局结构,并对其逐一放置仿真车辆进行模拟,并记录收费站吞吐率与车辆平均速度.通过使用MATLAB和R软件对输出数据进行插值和分析,得到扇形扩张状区域倾角 θ1=θ2≈22°时收费站运营效率最佳的结果,并针对不同数目的收费站-车道组合,生成最优布局,减少收费站因拥堵带来的效率降低.