Python实现车辆换道模型

时间: 2023-11-05 20:17:05 浏览: 145
车辆换道模型主要是用于模拟车辆在多车道道路上的换道行为。下面是一个简单的Python实现,基于IDM和MOBIL模型: ```python import numpy as np class Vehicle: def __init__(self, x, v, a, d, lane): self.x = x # 车辆位置 self.v = v # 车辆速度 self.a = a # 车辆加速度 self.d = d # 车辆长度 self.lane = lane # 车辆所在车道 class Road: def __init__(self, length, lanes): self.length = length # 道路长度 self.lanes = lanes # 车道数 self.vehicles = [[] for _ in range(lanes)] # 每条车道上的车辆列表 def add_vehicle(self, vehicle): lane = vehicle.lane self.vehicles[lane].append(vehicle) def remove_vehicle(self, vehicle): lane = vehicle.lane self.vehicles[lane].remove(vehicle) def get_front_vehicle(self, vehicle): lane = vehicle.lane pos = vehicle.x front_pos = self.length front_vehicle = None for v in self.vehicles[lane]: if v != vehicle and v.x > pos and v.x < front_pos: front_pos = v.x front_vehicle = v return front_vehicle, front_pos def idm_acc(vehicle, front_vehicle, front_pos, delta_t, a_max, b, v_des): s_star = vehicle.d + vehicle.v * delta_t + (vehicle.v * (vehicle.v - front_vehicle.v)) / (2 * np.sqrt(a_max * b)) acc = a_max * (1 - (vehicle.v / v_des)**4 - (s_star / (front_pos - vehicle.d - vehicle.x))**2) return acc def mobil_lane_change(vehicle, front_vehicle, back_vehicle, delta_t, a_max, b, v_des, p, s0): if front_vehicle is None: return False if back_vehicle is None: back_pos = -np.inf else: back_pos = back_vehicle.x delta_v = front_vehicle.v - vehicle.v s_star = vehicle.d + vehicle.v * delta_t + (vehicle.v * delta_v) / (2 * np.sqrt(a_max * b)) acc = idm_acc(vehicle, front_vehicle, front_vehicle.x, delta_t, a_max, b, v_des) if acc < -b: acc = -b if vehicle.v + acc * delta_t > v_des: acc = (v_des - vehicle.v) / delta_t if front_vehicle.x - vehicle.x < s_star: return False if vehicle.x - back_pos < s0: return False if np.random.rand() > p: return False return True def simulate(road, delta_t, a_max, b, v_des, p, s0): for lane in range(road.lanes): for vehicle in road.vehicles[lane]: front_vehicle, front_pos = road.get_front_vehicle(vehicle) back_vehicle, back_pos = None, None if len(road.vehicles[lane]) > 1: idx = road.vehicles[lane].index(vehicle) if idx > 0: back_vehicle = road.vehicles[lane][idx-1] back_pos = back_vehicle.x acc = idm_acc(vehicle, front_vehicle, front_pos, delta_t, a_max, b, v_des) if mobil_lane_change(vehicle, front_vehicle, back_vehicle, delta_t, a_max, b, v_des, p, s0): vehicle.lane = lane - 1 road.vehicles[lane].remove(vehicle) road.vehicles[lane-1].append(vehicle) continue vehicle.a = acc vehicle.v += acc * delta_t vehicle.x += vehicle.v * delta_t ``` 假设有一条双车道的道路,长度为1000米,车道宽度为3.5米,最大速度为120 km/h。我们可以按照以下方式模拟车辆行驶: ```python delta_t = 0.1 # 时间步长 a_max = 3 # 最大加速度 m/s^2 b = 3 # 最大减速度 m/s^2 v_des = 33.33 # 最大速度 m/s p = 0.5 # 换道概率 s0 = 2 # 最小车距 m road = Road(length=1000, lanes=2) for i in range(20): x = np.random.rand() * 800 + 100 v = np.random.rand() * v_des a = 0 d = 5 lane = 0 if i % 2 == 0 else 1 vehicle = Vehicle(x, v, a, d, lane) road.add_vehicle(vehicle) for _ in range(1000): simulate(road, delta_t, a_max, b, v_des, p, s0) ``` 这里我们先生成20辆随机车辆,然后模拟1000秒的行驶过程。每秒钟调用一次simulate函数,更新每辆车的位置和速度。在simulate函数中,我们先计算车辆的加速度,然后判断是否需要换道,最后更新车辆的位置和速度。

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