MATLAB多值元胞自动机交通流建模与仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB平台开发，利用多值元胞自动机扩展CA184模型，模拟多车道交通流动态行为。支持参数化配置，可计算密度、流量、平均速度等指标，适用于交通流理论与仿真研究。

详 情 说 明

多值元胞自动机交通流建模与仿真系统

项目介绍

本项目基于多值元胞自动机理论，对经典CA184模型进行了扩展，旨在模拟和研究多车道交通流的动态行为。系统突破了传统二元状态（空/有车）的限制，允许每个元胞最多容纳M辆车，从而能够更精细地刻画车辆密度变化对交通流的影响。通过质量守恒原理，系统可计算并分析车辆密度、流量、平均速度等关键交通参数，支持参数化配置多种场景，可视化展示交通流的时空演化过程，为交通拥堵的形成与消散机制研究提供有效的仿真工具。

功能特性

• 多值状态建模：每个元胞可容纳多辆车（最大容量M），更真实地反映高密度交通流。
• 可配置参数：支持灵活设置道路长度、仿真时长、初始车辆密度、最大元胞容量、车辆最大速度、随机减速概率及边界条件。
• 动态仿真引擎：基于质量守恒的车辆移动规则，精确模拟车辆加速、减速、随机慢化及移动过程。
• 多维度可视化：

* 时空演化图：以热力图形式展示道路密度随时间的空间分布，直观呈现拥堵传播。 * 流量-密度基本图：揭示不同车辆密度下的交通流量关系，分析道路通行能力。 * 动态指标曲线：实时绘制平均速度、流量、密度等指标随时间的变化趋势。

• 交通效率分析：自动生成统计报告，包含拥堵指数、平均通行时间等量化评估指标。

使用方法

1. 参数设置：在运行主程序前，根据仿真需求修改相关参数：

* N: 道路长度（元胞数量）。 * T: 总仿真时间步数。 * rho: 初始车辆密度（取值范围0~1）。 * M: 每个元胞的最大车辆容量。 * v_max: 车辆最大速度。 * p: 随机减速概率。 * 选择周期性边界或开放边界条件。

1. 运行仿真：执行主程序文件，系统将根据设定参数进行交通流仿真计算。

1. 结果查看：仿真结束后，系统将自动生成并显示：

* 时空演化热力图。 * 流量-密度关系图（基本图）。 * 各交通指标随时间变化的曲线图。 * 在命令行或指定文件中输出统计报告。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本
• 必备工具箱：无需额外的特定工具箱。

文件说明

主程序文件承载了系统的核心仿真流程与控制逻辑。其主要功能包括：初始化仿真环境与道路状态，根据用户设定的参数执行多值元胞自动机的状态演化规则，在每一步时间迭代中计算车辆的移动与分布，并记录全过程的交通流动态数据。仿真完成后，它负责调用可视化模块生成各类分析图表，并计算与输出最终的交通性能统计指标。