《最优控制与智能控制基础》文献总结报告
城市干线交通流仿真及智能控制的研究
学生姓名：冯健
学生班级：50603
学生学号：5060318
任课教师：段洪君
提交日期：2009年6月19日
1. 课题背景及意义
1.1研究背景
城市交通系统是由人、车、路、环境等要素构成，具有结构复杂、影响因素多、开放性强、随机性及不稳定因素多等特点，是一个复杂的动态系统。长期以来，城市迅速增长的交通运输需求不能够得到有效的满足，供需不平衡的矛盾日趋突出，导致城市交通拥堵严重，事故率攀升，环境污染加剧，能源利用率低下。城市交通所带来的负面影响日益严峻，己成为制约城市经济发展的一个瓶颈。发展智能运输系统，利用现代信息技术、控制技术、优化理论及人工智能等，使现有的道路交通基础设施发挥最大效用，是一个重要的对策，同时也已成为世界各国交通学者们研究的热点。交通管理与控制是智能交通系统中一项重要研究内容，其重点在于运用各种交通设施控制、掌握并及时指挥城市交通，预先把握在现有道路网上实施交通管制的可能效果。鉴于交通运输系统本身的特性，难于采用现场实验的方法，利用计算机技术和系统仿真方法，为复杂的城市交通系统创造一种计算机实验平台，来研究城市交通成为理想选择，于是便形成了交通仿真技术。
1.2研究意义
城市主干道网络是城市道路交通的动脉，在城市交通中的作用举足轻重。干道网络上交通流畅通与否，直接决定了城市道路交通效率的高低。因此，只有当干道网络上的交通问题得到有效解决之后，城市交通问题才可迎刃而解。所以，应用交通仿真方法对城市干道交通流进行微观仿真研究具有现实意义。对城市主
干道交通流的微观仿真研究，可以实现干道交通运行状态的动态虚拟再现，为交通管理人员和交通规划人员提供一个有效的实验平台；利用交通流仿真模型进行仿真实验，通过仿真输出结果的分析、对比和评估来获取交通流的各项参数，为交通管理与控制、交通规划方案的比较及效果评价提供决策依据及技术支持。
目前大多数微观仿真软件都能动态显示交通信息，并提供交通性能指标统计列表，为交通方案的可行性分析与效果评价提供依据，但是，在混合交通流情况
严重或交叉口多样化的今天，这种简单的交通指标列表方法只能反映交通状况的某一方面，不能全面地为用户提供足够的辅助分析功能。要全面的评估交叉口信号控制仿真结果，必须通过对交通状况的综合评价来体现。在现有微观仿真系统中，仿真结果分析往往需要用户自行设计仿真方案，要求用户有一定的交通专业知识，而专用于微观仿真的综合评价工具就更少见。所以，针对现有城市交叉口信号控制模型的仿真评价的不完善之处，结合可评价仿真指标和交叉口宏观评价指标建立微观仿真评价指标体系，并选用较为适合的综合评价模型，提出一套适用于城市交叉口交通信号控制模型的仿真评价模型，开发出可行性较高的仿真评价软件对我国城市交通的发展具有较大的现实意义。
2. 国内外研究概况
2.1国外研究概况
在国外，20世纪60年代初到80年代，交通流微观仿真技术得到迅速发展，在此期间发表了大量论文和专著，大量的交通仿真软件被开发出来。80年代以后，交通流微观仿真技术已经具备很强的功能，得到了广泛的应用。交通仿真软件开始向大型化、综合性方向发展。目前已有的比较成熟的仿真软件有：美国的MITSIM【1】和TRANSIMS【2】、英国的PARAMICS【3】、德国的VISSIM【4】以及西班牙的AIMSUN2【5】等等。
MITSIM融入了车辆跟驰模型和车辆的换道模型，并根据交通控制装置的信号指示来引导车流和行人。TRANSIMS仿真系统包括速度模块、车辆变换模块、有信号灯交叉口模块、无信号灯交叉口模块l等几个模块。PARAMICS集成了仿真、可视化、自适应信号控制、在线仿真数据统计分析、跟驰、交通控制策略评价等功能。VISSIM是一个离散的、随机的、以O．1秒为时间步长的微观仿真软件。车辆的纵向运动采用心理——生理模型，横向运动采用基丁规则的算法。具有计算控制延误、停车延误和引道延误的功能。软件模拟了由车辆激发的信号控
制的设计、检验和评价。AIMSUN2能够模拟不同的交通控制，如有信号交叉口、无信号交叉口等，能仿真路口的自适应信号控制，并能够对燃油消耗和污染排放进行仿真。
国外在城市交叉口信号控制仿真软件方面的发展已经较为完善，但这些系统是以数学模型为基础，算法的精度较差。在实际的交通控制现场中，对交通流影响的有诸多因素，采用数学模型本身就是对现场情况的近似，这就造成了算法的本身就有一定的缺陷。在对交通信号控制的综合评价方面，还缺乏一定深入的研究。
2.2国内研究概况
国内采用系统仿真技术进行城市道路交通流微观仿真实验开始于20世纪80年代，直到20世纪90年代初期，才逐渐引起国内交通工程界的重视。在此期间，北京工业大学、同济大学、东南大学、西南一交通大学、武汉理工大学等科研单位开展了一些实质性的研究，并取得了一定的成果。但总体说来，国内的交通流微观仿真研究仍比较零散，往往只局限于解决单一问题。交通流微观仿真技术在国内的发展和应用只有短短十几年的历史，还远远没有被广泛接受。从已经做过的工作来看，基本上都是探索性的，迄今为止还没有开发出一个被普遍认可的或能用来解决实际问题的交通流微观仿真软件。虽然也有人试图用国外的软件来对国内的交通进行仿真实验，但国内交通是混合交通，加之使用者的交通意识比较薄弱，由此形成的交通构成、交通流特性、交通组织管理方法都与国外有很大不同，也未能得到满意的结果。
目前国内在城市交通干线信号控制方面做了一定的研究。东南大学的陈森发教授开发了城市交通信号灯模糊线控制及其仿真【6】。同济大学交通运输学院对城市干线协调控制中交通流在系统内各交叉口的“驶离一到达”模式进行了研究，提出了基于遗传算法的城市干道协调控制相位差优化设计方法【7-8】。
清华大学交通研究所对线控系统中的相位差优化模型进行了研究，以使沿干线双向行驶的车辆延误最小为目标，建立了线控系统相位差调节的优化模型【9】。国内常用的交叉口信号控制仿真的综合评价体系基本上是采用行车延误、排队长度和停车次数为基础指标。大部分仿真软件都是单一地通过同类指标之间的比较
来确定仿真结果的优劣。该方法能从单方面较好的反映仿真结果，但是这种简单的指标列表方法已经不能为用户提供足够的辅助分析功能。但是，国内的城市干线交通信号控制仿真还存在很大的不足。有些研究人员虽然提出了实现滤波控制的优化算法，但没有对其进行仿真，难以看出其应用效果。而且这些仿真软件的评估功能很弱或基本上没有。所以有必要对城市干线交通流仿真进行更加深入的研究。
3. 交通流仿真基本模型的建立
3.1车辆跟驰模型
车辆的跟驰驾驶是当车辆在无法超车的条件下，后车跟随前车的行驶状态。在跟驰驾驶时，后车不考虑相邻车道的车辆信息，只考虑与前车的相互作用。此时，为了不发生碰撞，后车力求保持一定的安全距离。因此，后车只能根据前车的驾驶状态，采取相应的运行方案。在车流中，后车并不能对前车产生同样的影响。跟驰模型就是用于描述这种关系【10-12】。
车辆跟驰行为是驾驶员实现一系列连续控制行为的过程。在此过程中。后车驾驶员通过加速或减速对前车的驾驶行为做出反应，以便与前车尽量保持一个安全距离。驾驶员对来自前车的刺激，即前车加速或减速变化，要经过信息感知、判断决策和执行动作这样三个阶段，最终完成对车辆的控制，而这一过程又是循环往复，周而复始进行的。但同时，驾驶员作为一个高度复杂又不失灵活性的完美有机体，在控制车辆跟驰行驶过程中，又会体现出在感知、理解、判断、决策等一系列心理、生理活动上的不确定性和不一致性。
3.2车辆换道模型
换道行为描述的是驾驶员由自身驾驶特性，针对周围车辆的车速、间隙等周边环境信息的刺激，调整并完成自身驾驶目标策略的综合过程。
根据追求利益动机的不同，换道行为可分为强制性换道和任意性换道【13】。强制性换道指具有确定的目标车道，在一定区间内必须实施换道的行为，如合流车辆，交织区车辆，绕过前方障碍物的车辆等；任意性换道指车辆在遇到前方较慢车辆时，为了追求更快的车速，更自由的驾驶空间而发生的变换车道行为。目前，换道模型的研究仍不成熟，虽然有多种换道模型，比如有PARAMICS模型、NETSIM模型、MRS模型、AIMSUN2模型、HUTSIM模型、FRESIM模型、MITSIM模型等【14-17】，但没有哪种得到非常广泛的应用。考虑到换道中车道交换的本质是一种决策思维过程，模糊控制采用语言变量进行近似推理的方法，很适合描述这类主要由人做决定的主观判断过程。因此本文建立了基于模糊逻辑的换道模型。
4. 城市干线交通信号协调控制
城市交通中，由于其交通流量大的特点，使得各相邻交叉13往往互相关联，互相影响，只关注某一个交叉口的交通控制是不够的。几个相邻交叉口组成的交通干线往往要承受巨大的交通负荷，因此应该努力提高整个交通干线的控制效果。对某一个孤立交叉路口的控制，可以使该交叉口的控制效果达到最优，但整个干线的运行效果未必就好。实施“线控制”就是要把主干道的所有信号交叉口作为一个系统，通过在相邻交叉口的绿灯起始时间之间建立一种时间关系，即一定的“相位差”，使干线上按一定速度行驶的车辆获得尽可能不停的通行权，形成连续的交通流，减少车辆的停车次数和延误时间。这种控制方法对改善整个城市交通状况具有巨大意义。本节主要研究干线信号控制的一般方法以及智能控制在线控系统中的应用【18-19】。
4.1线控的基本概念
线控制其指导思想是使每个交叉口在主干道方向绿灯的时间都延迟于相邻的交叉路口，以便车辆通过前一个交叉口之后，在这个交叉路口仍遇到绿灯。所以，以线控制的各个交叉口使用的信号周期是相同的，绿信比不一定相同。除周期和绿信比这两个控制参数之外，还需要有绿灯信号相位差。相位差为相邻交叉口在主干道方向上绿灯开启时间的相差值，由车辆在交叉口之间的运行时间所确定。通过周期、绿信比和相位差这三个控制参数的合理选择，建立线控制，达到主干道上交通畅通，减少停车次数，缩短运行时间，形成车流绿波带的目的。亦可以称为绿波交通。
4.2城市干线交通信号协调控制方式
4.2.1定时式干线交通协调控制
（l）单向交通组织道路
单向交通组织道路，或者双向道路两个方向的交通量悬殊比较大的情况下，只要对交通量较大的方向进行信号协调控制，这两类道路最容易实现干线交通信号协调控制。
（2）双向交通组织道路
双向交通组织道路的信号协调控制，在各个交叉口间距相等时，比较容易实现，且当信号间车辆行驶时间正好是线控系统周期时长一半的倍数时，可获得理想的效果。个交叉口间距不等时，信号协调控制就难实现，必须采取试探与折中方法求得信号协调，否则会损失信号的有效通车时间，增加相交车道上车辆的延误。
4.2.2感应式干线交通协调控制
在干线上交通量比较小的时候，如果采用线控系统来确保干线上的少量车辆的连续通行，会使得产生的总延误比单点信号控制还要大。为了避免这种情况出
现，在线控系统中使用感应式信号控制，在控制系统中使用感应式信号控制机，相应配以车辆检测器。当检测器测得交通量增加时，开动主控制机，使其全面执行线控系统的控制；而当交通量降低时，各交叉1：3的信号机各自按独立状态操作。
5. 交通干线微观仿真评价系统
5.1仿真评价主体
本文将借鉴真实交通系统中对城市道路交叉口交通状况的分析评价方法，结合交通微观仿真模型结构以及微观仿真软件提供的交通信息，分别以交通效率、交通安全和交通污染作为交叉口微观仿真评价的准则【20-22】。
5.1.1交通效率
交叉口是道路交通系统的重要组成部分，是道路网的节点和枢纽，对整个城市道路系统的通畅起关键作用。从道路使用者的角度来讲，都希望用最短的出行时间尽快达到目的地，而且交叉口是产生出行延误的主要区域，所以驾驶员更是希望能够提高交叉口的通行效率。从管理者的角度来讲，过低的通行效率及过大的车辆延误，会增加道路使用者的烦躁、冲动，在这种情况下，机动车、非机动车和行人更容易抢行违章，同时，延误的增加也意味着时间价值的损失。这主要是从时间效率方面来考虑的。
从空间效率来考虑，我国城市交通需求的增长远大于交通基础设施的增加，在这种供给短缺长期存在的条件下，除了增加道路建设以外，更主要的是加强需求管理，挖掘现有设施的潜力，提高交通设施的利用效率。所以把交通效率作为仿真评价中的一项准则，不仅考察了信号交叉口的交通流运行状况，还反映出交叉口的利用情况及其与路网需求的符合程度。
5.1.2交通污染
交通污染包括生态环境污染、社会环境污染、环境空气污染及交通噪声污染等多个方面。本文的研究对象为城市道路十字交叉口，因而在交通污染中以环境空气污染为主。
近些年来，随着经济的发展和城市化、机动化进程的加快，我国机动车数量迅速增长，大量机动车污染物集中在城市排放，特别是在交叉口区域，车辆频繁地加速、减速、启动、停车，噪声和尾气排放都大于路段，市区高层建筑以及道路构筑物对汽车排放物的扩散极其不利，特别是在特殊的气象系统中，汽车排放出的污染物可能在街道内长时间聚集，常常成为治理城市交通污染的“瓶颈”，根据我国大城市机动车污染物分担率分析结果，机动车污染已是我国大城市空气污染的重要来源，在某些时段已成为首要的大气污染来源。这就要求将交通污染作为仿真评价中的重要准则。
5.1.3交通安全
平面交叉口是各个流向的机动车流、非机动车流、行人流相互交汇的区域，这就给交通事故的发生创造了条件。而且我国非机动车和行人数量众多，这和许多发达国家机动车交通在城市交通中占绝对主体的情况不同。但在整个城市交通系统，特别是在交叉口设计中，并没有把非机动车和行人放在重要地位来考虑，这不仅给非机动车和行人在出行造成了很大的不便，更重要的是，给他们的安全产生了诸多隐患。特别是在信号控制交叉口，传统的信号控制设计着重考虑的是交叉口通行能力，对各种相位的设计组合，一般都是以交叉口的几何特性和交通流条件为主要依据。对于安全性的考虑则主要是通过信号配时中的黄灯时间和全红时间的设计来确定的，但事实证明，仅办了追求最大通行能力而进行的相位设计是不合理的。因为在交叉口一旦发生事故，所造成的通行能力的降低和交通延误的增加是很大的。因此，在仿真评价中，交通安全是一项必不可少的评价准则。
5.2仿真评价指标体系【23-24】
6. 仿真系统设计
本仿真软件用VC++进行编写，它是一种面向对象的编程语言，其有很强的图形开发功能。本文将就信号控制模块，系统综合评价模块进行较为详细的描述。
6.1软件开发环境
城市干线仿真系统采用VC++进行编写，VC++是面向对象的程序设计语言，是功能强大、最复杂的高级编程语言之一，它的特点主要有以下几点：
1.VC++的语法复合ANSIC++标准，并在此基础上针对Windows操作系统增加了一些语句。
2.集成了MFC(MicrosottFoundationClass)类库，而MFC封装了Win32API，OLEAPI，ODBCAPl等底层函数的功能，并提供更高一层的接口，简化了Windows 编程，同时，MFC支持对底层API的直接调用。这使得能用MFC高效率地开发出各种应用程序。
3．提供MFC AppWizard，可以可方便的生成应用程序框架，我们所要傲的只是在程序中加入完成所需功能的代码。
4.提供基于MFC的CiassWizard，用它可以方便的对各种类进行使用和维护。
5．VC++是一种功能强大的可视化编程环境，具有很强的图形开发功能。
6.2软件系统结构
6.2.1软件总体框架
6.2.2软件程序的构成
城市干线微观仿真软件利用VC++自动生成单文档界面框架，产生四个基本类：视图类、文档类、框架类、应用程序类。在此基础上增加了以下一些类：干线描述类、车道类、车辆类、车辆生成类、车辆运行类、智能信号控制类、评价指标计算类、仿真结果评价对话框类、交通参数对话框类、方案比选对话框类、时间延长模糊控制器类、交通紧急度模糊控制器类、信号控制方式对话框类、模糊层次分析法对话框类、强迫换道模糊控制类、自由换道模糊控制类、模糊神经网络类等。
7. 城市干线交通仿真软件应用实例
本文以无锡市主干道中山路上的人民路路口至崇宁路路口两个相邻交叉口间的路段为实例。这两个路口的信号控制方式主要有定时控制和模糊控制。7.1干线几何条件和渠化现状
由于是对干线交通的微观仿真，所以需要较为精确的道路几何形状。图为实际仿真软件中用的干线几何形状【25】。
中山路—一人民路路口四个方向都是四个进口道，两个出口道，进口道的中间两个车道是直行车车道，外侧一个车道是右拐车车道，内侧的一个是左拐车车道。中山路——崇宁路路口的南北方向的渠化与人民路路口的情况相同，东向为一个直右进口车道和两个出口道，西向为一个直行、一个右拐车道和一个进口道。两路口间的距离为230米。
7.2交叉口信号控制方案现状
中山路人——民路路口和中山路——崇宁路路口目前实行定时式干线信号联动控制，两个交叉口采用相同的信号周期。
中山路——人民路路口采用四相位控制：第一相位东西向直行；第二相位四个方向的右转；第三相位南北向直行；第四相位四个方向的左转。中山路——崇宁路路口采用三相位控制：第一相位南北向直行；第二相位南北向左转、直行和右转；第三相位南北向右转和东西向直行、右转。具体相位设置见图。
中山路——人民路路口相位图
中山路——祟宁路路口相位图
7.3交叉口交通流量、流向及车型比例
仿真采用的早高峰数据为2005年10月25日7：30～8：30的一小时交通流量。主要采集数据如表所示：
早高峰车流量、流向及车型比例
晚高峰数据为2005年lO月25日17：20"--18：20的一小时交通流量。主要采集数据如表所示：
晚高峰车流量、流向及车型比例
中午时段数据为2005年lO月25日12：20 13：20的一小时交通流量。主要采集数据如表所示：
中午时段车流量、流向及车型比例
8. 本文研究的目标和主要内容
本文把模糊控制和神经网络引入到城市交通控制系统中，用于解决交通干线协调控制问题。这样既可以具有专家的经验知识，又具有学习功能，可适应实时
多变的交通状况。对仿真评价指标体系的建立进行探讨。以优化交通信号控制配时方案为目的，从交通效率、交通安全及交通污染这些方面着手，参考实际交通状况分析评价中常用的性能指标，对仿真输出指标进行筛选，确定出城市道路微观仿真系统的评价指标。同时本文采用模糊层次分析法对城市干道微观仿真系统进行综合评价。本文还建立了基于模糊控制的车辆跟驰模型和车辆换道模型。以上这些模型最终采用Visual C++进行编写。
本文主要部分：
第1章介绍城市干线交通信号控制的研究意义。
第2章介绍模糊控制及模糊神经网络的基本概念。
第3章交通流仿真基本模型的建立，建立了基丁模糊逻辑的车辆跟驰模型和车辆换道模型。
第4章介绍城市干线交通的信号协调控制的几种常用方法，本文建立了一种基于模糊逻辑的智能控制方法来对干线交通信号进行协调控制。
第5章建立交通干线仿真评价系统，对单个仿真指标进行分析，建立基于模糊层次分析法的微观软件综合评价体系。
第6章仿真系统框架的设计。
第7章仿真软件实例应用，并对本文的一些算法进行验证。
第8章课题总结并对进一步研究指明方向。
RESEARCH ON TRAFFIC SIMULATION AND INTELLlGENT CONTROL OF THE URBAN TRUNK ROAD
Traffic simulation Technology which has been developed rapidly and been used widely abroad，is playing a very important role in transportation management and control and becoming one of the significant fields of intelligent transportation system．Arterial route is of supreme importance in urban transportation．If the traffic problems of medal route are solved，the whole city would be settled easily．In view of this，the urban medal route is the main research object．In this thesis，the traffic flow and signal control and traffic evaluation system for urban arterial route are studied．【26-27】
Simulation of urban traffic flow,intelligent signal control for arterial route and evaluation index system and synthesized evaluation model based on micro-traffic simulation are studied in this thesis．Models of car-following and channel-change based on fuzzy control，which USeS
fuzzy logic to imitate human being’Sobjective judgements，are proposed．In order to cooperate signal control for arterial route，a kind of control system based on fuzzy neural network，which iS combined with both advantages of fuzzy control and neural network,is created．This control system has two advantages as follows，one is the current running phase can be extended and the phase sequence can be adjusted according to the current amount of vehicles，another is the member functions of the fuzzy rules can be adjustedso that the member functions can be more suitable for the current situation．With the evaluation body of traffic efficiency,pollution and safety,the weight of evaluation index is calculated with analytical hierarchy process and then the synthesized evaluation result,which offers scientific foundation for signal control，can be determined by fuzzy analytical hierarchy process．【28-29】Visual C++ is adopted to implement the simulation software，which is mainly composed of the following aspects，the car-following and channel-change model based on fuzzy control，the arterial route control model based on fuzzy neural network and arterial route synthesized evaluation model based on fuzzy analytical hierarchy process．Through the vehicles’dynamic running，the car-following and channel-change and the signals varying according to the amount of the cars can be seen exactly．At last the synthesized evaluation modelis called to calculate outthe evaluation result which is used to reflect the control system objectively．The intelligent control system can control the urban medal route effectively through comparing with the timingcontroI method．
9. 参考文献
[1]陈森发，徐吉谦，陈洪，毛岚．城市主干道交通信号灯模糊线控制的探讨．运筹与管理，1998，7(1)：35-41
[2]常云涛，彭国雄．基于遗传算法的城市干道协调控制．交通运输工程学报，2003，3(2)：106．112
[3]常云涛，彭国雄．城市道路绿波控制系统延误评价．中南公路工程，2004，29(1)：5．9
[4]万绪军，陆化普．线控系统中相位差优化模型的研究．中国公路学报，2001，14(2)：99．102
[5]杨立才，贾磊，赵建玉，钟麦英．基于粗集理论的交通控制系统研究中国公路学报，2005，1 8(2)：79—83．
[6]张立东，贾磊，赵建玉．混沌模糊交通控制器的设计．南京理工大学学报(自然科学版)，2005．29(5A)：203-205．
[7]赵建玉，贾磊，李春梅．城市交通信号的模糊控制研究．济南大学学报，2005，19(2)：120．123．
[8]杨世勇，王培进，徐莉苹．倒立摆的一种模糊控制方法．自动化技术与应用，2007，26(7)
[9]曾光奇等．模糊控制理论与工程应用．武汉：华中科技大学出版社，2006．
[10]汪木兰，顾绳谷．模糊控制的发展困惑和趋势．电气自动化，1994，16(1)：8．11．
[11]窦振中．模糊逻辑控制技术及其应用．北京：北京航空航天大学出版社，1995．
[12]侯媛彬，杜京义，汪梅编．神经网络．西安电子科技大学出版社，2007
[13]张代远．神经网络新理论与方法．清华大学出版社，2006
[14]董长虹．神经网络与应用．国防工业出版社，2005
[15]吴微．神经网络计算．高等教育出版社，2003
[16]李晓忠等．模糊神经网络.贵州科技出版社1994．9
[17]徐吉谦．交通工程总论北京：人民交通出版社，1996．
[18] (美)丹尼尔L．鸠洛夫、马休丁等．交通流理论．北京：人民交通出版社，1983：200．350．
[19]王文清，王武宏，钟永刚，易生平等．基于模糊推理的跟驰安全距离控制算法及实现．交通运输工程学报，2003，3(1)：72．75
[20]冯德益，楼世博．模糊数学方法与应用．北京：地震出版社，1983
[21]闻新，周露，李东江等．MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用．北京：科学出版社，2001．
[22]王晓原，孟昭为，宿宝臣等．微观仿真车道变换模型研究．山东理工大学学报，2004，18(1)：1672—6197
[23]杨佩昆，张树升等．交通管理与控制．人民交通出版社，1995，12：86．180
[24]徐吉谦，过秀成.交通工程学基础．东南大学出版社，1994，10：214．244
[25]王家凡，罗大庸．交通流微观仿真中的换道模型．系统工程，2004，22(3)：92-95
[26]Gipps，P．G A model for the structure of lane-changing deeisions．Transportation Research，Part B，1986，20(5)：403-414．
[27]Sultan B，McDonald M．The lane changing process：data
analysis&modeling behaviour．Traffic
Engineering+Contr01．2001 A2(3)：202-207．
[28]Jim，t，Mussi，P，Siegel，G A road traffic simulator：car-following and lane changing．2002．
[29]Hunt，J．G，Lyons，G D．Modelling of duai-carriageway lane—changing using neural networks．Transportation Research Part C，1 994，2，23 1-245．
连续交通流模型及数值模拟 [摘要]本文对现有的交通流宏观模型进行了研究，总结了各种模型的思想、优缺点以及适用条件，在此基础上，选取了Payne 模型离散格式进行数值模拟，选取了某段高速公路的交通流作为模拟对象，展现了Payne 模型模拟交通流的可行性。 [关键字] 连续交通流；离散格式；数值模拟 0 引言 交通流理论研究加深了人们对复杂多体系统远离平衡态时演变规律的认识，促进了统计物理、非线性动力学、应用数学、流体力学、交通工程学等学科的交叉和发展等多学科的交叉渗透和相互发展。交通流理论研究的对象是离散态物质，是一个复杂的非线性体系，对这类物质运动规律的描述，尚无成熟的理论。 在宏观的连续流模型中，交通流被比拟为连续的流体介质，即将流量、速度和密度等集聚变量视为时间和空间的连续函数。模型包含时间和空间的状态方程，考虑了车辆的加速度、惯性和可压缩性，能够合理准确描述交通流的动态特性，相比微观模型有更大的优势。连续流交通流模型通常用密度（k ）、速度（u ）、流量（q ）三个变量来描述[1]。 1 连续交通流模型 1.1 LWR 模型 1955年，Lighthill&Whitham 提出了第一个交通流的流体力学模型——流体运动学模型[2]，随后P.I.Richards 独立地提出了类似的交通流理论。LWR 模型用k(x,t)和u(x,t)表示t 时刻位于x 处的交通流密度和平均速度，他们满足流体力学的连续方程： (),k q g x t t x ??+=?? （1-1） 此方程反映了车辆数守恒，其中g(x,t)是流量产生率，对没有进出匝道的公路，g(x,t)=0， 对进口匝道，g(x,t)>0，对出口匝道，g(x,t)=0。k 为交通密度，也称为交通流量；x ，t 分别为空间测度和时间测度。设u 为空间平均速度，则存在以下关系： q k u =? (1-2) 对于平均速度u(x,t)，假设平衡速度——密度关系： ()(,)(,)e u x t u k x t = (1-3) 以上3个方程构成了完整的一阶连续交通流模型，LWR 模型的优点是简单明了，可以采用流体力学和应用数学中的成熟工具进行分析，而且可以描述诸如交通阻塞形成和消散之类的交通现象，但是，由于该模型的速度是由平衡速度密度关系决定，并且没有考虑加速度和惯性影响，因此不适用于描述本质上处于非平衡态的交通现象，例如车辆上、下匝道的交通、“幽灵式”交通阻塞、交通迟滞、时走时停的交通等。于是，后来的学者们引进了高阶连续介质模型，考虑了加速度和惯性影响，将动量方程代替方程(1-3)。 1.2 Payne 模型 Pipes 于1953年提出交通流加速度的一般表达式： 2 d u u u d u k u k dt t x dt x ?????=+=-? ?????? （1-4） 1971年，Payne 根据LWR 模型的思想，假设交通流速度是动态变化的，在引用连续性方
基于V issi m 的驾驶模拟系统交通流仿真3 高 晶 熊 坚 秦雅琴 万华森 (昆明理工大学 昆明650224) 摘 要 在道路交通驾驶模拟系统开发平台的基础上,加载动态车流,以实现交通流的真实性,利用V issi m 的交通流仿真功能,通过编程语言V C 对驾驶模拟系统与V issi m 的接口进行了研究,实现了道路交通驾驶模拟系统的交通流仿真,并通过实例验证了这一方法的有效性和实用性。 关键词 微观交通流;仿真;V issi m ;接口中图法分类号:U 491.1 文献标识码:A 收稿日期:2006211217;修改稿收到日期:2007204203 3云南省交通建设科技项目资助(批准号:[T ST (2003) 811203C ]) 0 引 言 驾驶模拟系统研究的一个关键技术是虚拟视 景的生成,而视景又可分为静态和动态视景。静态视景包括山体、房屋、树木等;动态视景包括交通流、行人等。对驾驶模拟系统加载动态交通流可以采用加载固定路径的车流,即事先确定各车的行驶轨迹。这种方法具有一定的方便性和可操作性,但缺乏动态交通流的真实性。本文利用现有的微观交通流仿真软件V issi m 的交通流仿真模型,通过接口研究,将该软件的交通流数据输入到驾驶模拟系统上,实现了驾驶模拟系统的交通流仿真。 1 驾驶模拟器的视景系统 笔者研制的驾驶模拟系统主要由驾驶舱、主计算机控制系统、驾驶员视景模拟系统和多媒体声响模拟系统组成,可对真实路段的交通状况进行实时模拟,还可以对设计中的道路交通环境进行模拟。研究内容包括:道路交通安全性评价、交通流动态模拟控制、驾驶员行为特性、交通事故再现、汽车性能的改善等交通问题。驾驶员视景是驾驶模拟系统的重要组成部分,因为人们对事物的感知有80%来自于视觉。所以驾驶模拟系统的关键技术之一是道路交通视景的生成。驾驶模拟系统的视景系统通过建模、纹理和光照等图像技术处理,给驾驶员提供了1个包括道路、交通设施、建筑、车辆、自然景观等的虚拟驾驶场景,使操纵者产生“沉浸”感和“交互”感,有 一种“身临其境”的实车驾驶的体验。为了满足这种真实感,动态视景的生成显得格外重要,特别在研究交通流动态特征、驾驶员行为特性和道路交通安全性评价等方面更具客观性。而动态视景的主体是交通流。在系统开放的环境下,如果将动态视景的数据从外部接口输入,就实现驾驶模拟系统交通流的仿真。 2 驾驶模拟系统交通流仿真接口研究 2.1 V issi m 的交通流仿真模型 V issi m 是由德国PTV 公司开发的微观交通 流仿真系统。交通流仿真一般应包括3个方面,即:仿真车辆的选择、仿真交通流模型及仿真评价结果。V issi m 的交通流仿真主要从以下3个方面来实现。 首先,V issi m 中有丰富的车辆类型,除了默认的车辆类型(car ,H GV ,bu s ,tram ,b ike ,p edestrian ),还可以创建新的或修改已有的车辆 类型,可以和驾驶模拟系统中的车辆模型相对应。对应关系见表1。 表1 V issi m 车辆类型和驾驶模拟系统 车辆模型号m odelI D 对应关系表 车辆类型 modelI D Car 501,502,503,505,510,511 H GV 560Bu s 520Pedestrian 216B ike 580 其次,V issi m 描述交通行为的模型采用威德曼的基于驾驶员生理2心理过程的行为阈值模型。迄今为止,在众多交通行为模型中,它是最贴近实 际也是应用最成功的。德国卡尔斯鲁厄技术大学
浅谈流体力学与交通流的联系 摘 要 本文简单论述流体力学与交通流之间的关系,介绍典型的交通流的流体力学模型,以及个人对于二者关系的初步看法。 关键词 交通流 流体力学模型 1 引 言 流体力学方法是交通流理论的三个主要研究方法之一。所谓流体力学方法，即交通波动理论，假定交通流是具有特定性质的一种流体，应用气体运动或声波洪水波理论，宏观地表现这种现象的变化和演进的方法。 自从著名的流体力学家Lighthill 和Whitham 提出交通流的力学模型以来，不少力学家和物理学家投入到交通科学研究中，建立了各种各样的交通流的流体动力学模型。 2 典型的交通流的流体力学模型 2.1 第一个交通流的力学模型——Lighthill-Whitham 模型 1955年，著名的流体力学家Lighthill 和Whitham 提出交通流的力学模型，满足如下的方程： 0)(=??+??x V t ρρ （1） 其中),(t x ρ和),(t x V 和表示t 时刻位于x 处的交通流密度和平均速度 此方程反映了车辆数守恒，对于平均速度),(t x V ，Lighthill 和Whitham 假设了一个速度-密度关系：
)) ,((),(t x V t x V e ρ= (2) 将（2）代入（1）中，就得到方程： 0][=????++??x V V t e e ρρρρ (3) Lighthill-Whitham 模型虽然具有简单明了的优点,但是仅仅适用于平衡态的交通流模型，无法解决本质上处于非平衡态的交通现象。 2.2其他几种交通流的流体力学模型的列举 Lighthill-Whitham 模型之后，还有很多其他模型 2.2.1 Payne 模型 2.2.2 K ühne 模型 2.2.3 K-K 模型 2.2.4 吴正模型 2.2.5 冯苏苇模型 3 研究方法 3.1 观测实验 可以选择到交通路口等地方通过人工观测记录，也可以到交通部门获取资料 3.2 建立数学模型 对于数据中出现的各个参数，通过数据的分析和参数辨识来确定。 3.3 问题的求解 只有少数问题可用特征线法解析求解，更常用的是数值方法，其
基于MATLAB的交通流计算机模拟 摘要： 设计标准和各类出行，环境及社会的发展预测，对六车道的桥面的的交通流进行预测模拟，并实现其可视化，直观地了解未来桥面的车流模式，为评估和修正设计方案提供依据。 本作品利用MATLAB软件方便的技术方法来实现交通流的模拟和可视化，具有较强的可读性和可控制性。 1 引言 计算机模拟技术作为一门独立的学科始于20世纪40年代。70年代以来，随着系统科学与计算机科学技术的发展，模拟技术得到了迅猛的发展，已经广泛地应用几乎所有的学科。在交通运输系统的规划、设计、运营分析等方面的应用更是得到了长足发展，并在交通运输工程学科中形成了交通模拟这一崭新的领域。 交通模拟技术在分析、评价公路运输系统及其构成单元中起主要角色。它们通常与其他诸如供给-需求分析、通行能力分析、交通流模拟、跟车理论、波动理论等分析方法相结合来构造复杂的公路交通子系统，或一些子系统经过相互作用而组成的大系统的模拟框架。这些子系统可以是单个的信号交叉口、无信号交叉口、居民区或商业中心区的交通密集路网、线控或网控信号系统、高速公路、乡村双车道公路或多车道公路系统。 到现在为止，可以说交通问题的研究已经有三种方法——经验实测方法、理论分析方法、计算机模拟方法。最常用的方法是经验实测法。实测法的最大优点是基本数据都来源于实际现场，有限大的可信度，不需要什么假设条件。但是，其弱点是对于个别因素的影响情况很难确定。理论分析法，总是要采取一些基本
假设，这些假设受理论研究者水平的限制有些可能不正确，必定或多或少地与实际有些偏差。其优点是对于个别因素的影响有明确的数量关系表示。计算机模拟则间有以上两种方法的优点，由于计算机模拟模型是理论推演，抽象出来的，而一些基本数据则是来自现场实测，而且利用计算机模拟方法能产生很多像实测法那样得到的交通数据。 MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，拥有友好的工作平台和编程环境，简单易用的程序语言，强大的科学计算机数据处理能力，出色的图形处理功能，应用广泛的模块集合工具箱，实用的程序接口和发布平台等诸多优点，方便交通流模拟的实现和可视化，大大减轻程序语言的复杂程度。 2 六车道交通流的运行模型 建立交通流模型的根本目的是要以足够的精度来再现客观的交通现象，在进行交通流的微观模拟的过程中，根据交通流分布的一般规律、交通调查和基本经验为基础，全面构造车辆的到达，车流分布，车辆类型，车速，在路段上自由行驶，跟驰等。这里的交通模型主要包括两部分：一是车辆的产生模型；二是车辆的行驶模型。 车辆产生模型就是车辆的输入部分，作用与被模拟路段的起始断面上，它依依靠随机技术产生符合给定参数的泊松分布，向系统提供初值，并以经验概率分布于六个不同的车道。车辆的行驶模型即是反应车辆在路段上行驶状态变化的模型，本文根据交通调查得出的一般车流车辆类型的分布将车辆分为十一种类型，前六种为固定车重的车辆，以各自不等的概率出现在模拟路段的车道上；后六种车是变载的车辆，将其分为空车和满载两种情况（不计车辆半载情况），并以不同的概率出现。车速根据交通调查所得的各类型的车辆的平均车速，并允许其随机产生上下数值为μ的震荡，这里我们取μ为0.1。
1.3.1国外交通仿真技术的研究现状 交通系统仿真技术是随着电子计算机和系统仿真技术的发展而发展起来的。在国外大体上经历了三个发展阶段tl3〕。 第一阶段，20世纪40年代末至60年代初，为诞生期。该时期的工作大多讨论的是如何进行交通流仿真，直到大约1%O年，用仿真技术研究交通流状态的可能性和可行性才得到普遍承认，并且开始开发一些交通系统仿真软件。 第二阶段，20世纪60年代初至80年代初，为发展期。该时期，发表了大量的论文和专著，主要都是关于交通流仿真方法及其模型建立的内容。与此同时，大量的交通系统仿真应用软件被开发出来，这些软件可以分为两种类型，一类以宏观交通仿真模型为基础，另一类则以微观交通仿真模型为基础。 第三阶段，20世纪80年代初至现在，为成熟期。这一时期，交通系统仿真技术在美国已经得到了迅速的发展和广泛的应用。本阶段，交通系统仿真技术的发展呈现如下特征: ①系统建模开始突破微观模型与宏观模型，出现了混合模型。一个典型的例子是由schwerdtfeger于1984年提出的DYNEMO仿真模型，采用交通流的一般关系式来描述车流运动，而将每辆车看作是一个基本单元。另外，、乞nAerde于20世纪80年代中期开发的INTEGRATION，混合使用了微观和宏观交通流模型，被认为是准微观模型。 ②仿真软件开始向大型化、综合性方向发展。例如，由Hubschnelder
从1983年开始研制的MlsSION软件，既可用于高速公路，又可用于城市道路;既可用于一般的交通流仿真，又可用于公共交通系统的仿真试验。再如，由英国M琳公司开发的T班PS和美国caliper公司推出的肠anscAD软件包，都是以四阶段模型为基础，用于区域交通规划。值得一提的还有，由英国Quadstone公司从1992年开发奴它ARAMIcs，能够持100万个结点，，_400万个路段，32000个区域的路网。除此之外，这一时期还研制出用于信号交叉口的CALSIG(1988年)、CAPSSI(1986年)、POSIT(1985年)、SIDRA2.2(1986年)、sIGNA 乓55(1986年)、soAP一84(1984年)，用于高速公路的CoRQ以及用于乡村道路的TWOPAS等。 ③研究重点从软件开发逐渐转向了系统模型的改进，包括模型的精炼，如加入优化子模型和加入有效性测定、仿真模型集成、向个人计算机移植等等。于是，己开发出的软件不断推出新的版本，比如，到1983年，sIGOP己上升为SIGOP一111;到1987年，TRANSYT已经上升为TRANSYT7F;到1985年，FREQ已上升为FREQSPE，TRARR 己提出了第三版等等。 中国智能交通网https://www.doczj.com/doc/b86239971.html, 国内外交通仿真技术的研究现状https://www.doczj.com/doc/b86239971.html,/tech/show-8818.html ④新的计算机技术开始用于交通系统仿真，主要表现为仿真界面更加友好，人机交流更加方便。另外，计算机图形技术的应用使得仿真过
交通系统仿真技术 实 验 报 告 班级：交通10-03 学号：311002030318 姓名:王文博
交通系统仿真技术学习 学习交通系统仿真技术首先要了解几个词的概念。“仿真”是对真实事物的模仿，仿真一词另外一个常见的提法是“模拟”。根据“国际标准化组织（ISO）标准”中《数据处理词汇》部分名次解释，“模拟（Simulation）”与“仿真（Emulation）”两词的含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示他们的过程；“仿真”即用另一数据处理系统，主要是用硬件来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。“系统仿真”则是模仿现有系统或未来系统运行状态的一种技术手段。“系统”是指相互联系又相互作用着的对象之间的有机结合。这种比较概括的含义包含所有工程的及非工程的系统。机电、电气、水力、声学系统等都属于工程系统；社会、经济、交通、管理系统等都属于非工程系统。系统的分类方法有很多，其中最重要的一种分类方法就是按其状态变化是否连续分为连续系统和离散系统两种。 系统仿真研究的目的在于对现有系统或未来系统的行为进行再现或预先把握。其实系统仿真并不是什么新概念，而是人们早已广泛应用的研究方法，通过在计算机上进行的仿真实验，可以得到被仿真的系统动态特征，估计和评价现有的系统或未来系统的优劣和所采用策略或方案的真确性，从而将系统仿真的概念赋予了新的内容，使之成为辅助决策的重要手段之一。 因此，系统仿真的概念可以表述为：所谓系统仿真，示意控制论、相似原理和计算机技术为基础，借助系统模型对现有系统或未来系统进行试验研究的一门综合性新兴技术。利用系统仿真技术，研究系统的运行状态及其随时间变化的过程，并通过对仿真运行过程的观察和统计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断现有系统或未来系统的真实参数和真是性能，这个过程称为系统仿真过程。 系统仿真是近半个世纪以来发展起来的一门新兴技术学科，他与各门技术学科、管理学科、经济学科以致社会学科都有着紧密的联系，这正是系统仿真得到日益广泛应用的原因。它在航天、航空、军事、科研、工业生产、环境保护、生态平衡、医学、交通工程、经济规划、商业经营、金融流通等各个方面都获得了成功的应用，取得了显著地经济效益。 而我们所学的交通系统仿真是指用系统仿真技术来研究交通行为，它是一门对交通运动随时间和空间的变化进行跟踪描述的技术。从交通技术仿真所采用的技术手段以及所具有的本质特征来看，交通系统仿真是一门在数字计算机上进行交通实验的技术，它含有随即特性，可以是围观的，也可以是宏观的，并且涉及到描述交通运输系统在一定时期实时运动的数学模型。通过对交通系统的仿真研究，可以得到交通流状态变量随时间与空间的变化、分布规律及其与交通控制变量时间的关系。因此，交通系统仿真在道路运输系统及其各组成部分地分析和评价中发挥着重要作用。 交通仿真模型与其他交通分析技术，如需求分析、通行能力分析、交通流模型、排队理论等结合在一起，可以对多种因素相互作用的交通设施或交通系统进行分析和评估。这些交通设施和交通系统可以是单个的信号灯控制或无信号控制的交叉口，也可以是居民区或城市中心区的密集道路网、线控或面控的交通信号系统、某条高速公路或高速公路网、、双车道或多车道县(乡)公路系统等等。另
流体力学Fluent报告——圆柱绕流
亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟 摘要：本文运用Fluent软件中的RNG k-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进行了数值研究，通过结果对比，分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以及涡脱频率的影响。一般而言，Re数越大，方柱的阻力越大，圆柱体则不然；而Re越大，两种柱体的升力均越大。相对于圆柱，同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。Re越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Sr数。 关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数 在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程及地面交通等广泛的实际领域中，绕流研究在工程实际中具有重大的意义。当流体流过圆柱时 , 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。这种作用力引起柱体的振动及材料的疲劳，损坏结构，后果严重。因此，近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进行过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以及涡致振动问题。 沈立龙等[1]基于RNG k?ε模型，采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟，得到了圆柱和方柱绕流阻力系数C 与 Strouhal 数 d 随雷诺数的变化规律。姚熊亮等[2]采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱及串列双圆柱的水动力特性。使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维N- S方程进行求解。他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力及Sr数随Re数的变化趋势。费宝玲等[3]用FLUENT软件对串列圆柱绕流进行了二维模拟，他们选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、4共3个间距进行了数值分析。计算均在 Re = 200 的非定常条件下进行。计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量，分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量
国内外交通仿真技术的研究现状 仿真，顾名思义是指对真实事物的模仿，也称为“模拟”，它是指为了求解问题而人为地模拟真实系统的部分或整个运行过程。由于科学研究与实践的对象是兼有方法论与工具意义的系统仿真问题，因此，我们讲的仿真一般也就是指系统仿真。雷诺(T.H.Nayfor)在其专著中定义:仿真是在数字计算机上进行实验的数学化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。 国内学者认为:系统仿真就是在计算机或实体上建立系统的有效模型(数字的、物理的、数字一物理效应混合的模型)，并在模型上进行系统试验。 目前人们普遍接受的观点是:系统仿真是以相似原理、控制理论、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科综合技术。 系统仿真是20世纪50年代逐步形成并迅速发展起来的新兴学科。最早的通用仿真器是由美国IBM公司研制的，1%7年更名为通用仿真系统，并增加了许多功能，直至后来发展成应用最广的一种离散系统仿真语言。时至今日，仿真技术发展方兴未艾。我国自20世纪50年代就开展了仿真技术研究，并得到了迅速发展。60年代末，在开展连续系统仿真的同时，已开始对离散事件系统(如交通管理、
企业管理)进行仿真研究。 70一80年代，在训练仿真器方面获得飞速发展，自行研制的飞行仿真器、舰艇仿真器、火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、汽车模拟驾驶仿真器相继研制成功并投入使用，在行业操作人员培训中发挥了很大的作用。1989年中国系统仿真学会正式立，标志着仿真学在中国的发展进入了一个崭新的阶段。90年代，我国开始对分布交互式仿真、虚拟现实仿真等先进仿真技术及其应用进行研究，开展了较大规模的复杂系统仿真[‘2一。 系统仿真近些年来发展十分迅速，它综合集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高科技领域的知识。现代仿真系统已经成为任何复杂的系统特别是高新技术产业不可缺少的研究、设计、评价和训练的手段和工具，并在实践中得到了有效的应用。 1.3.1国外交通仿真技术的研究现状 交通系统仿真技术是随着电子计算机和系统仿真技术的发展而发展起来的。在国外大体上经历了三个发展阶段tl3〕。 第一阶段，20世纪40年代末至60年代初，为诞生期。该时期的工作大多讨论的是如何进行交通流仿真，直到大约1%O年，用仿真技术研究交通流状态的可能性和可行性才得到普遍承认，并且开始开发一些交通系统仿真软件。 第二阶段，20世纪60年代初至80年代初，为发展期。该时期，发表了大量的论文和专著，主要都是关于交通流仿真方法及其模型建立
1.交通仿真的定义 答：交通仿真是数字仿真在交通工程领域的应用，它以相似的原理、信息技术、系统工程和交通工程领域的基本理论和专用知识为基础，以计算机为工具，利用系统仿真模型模拟道路交通系统的运行状态，采用数字图形方式来描述动态交通系统，以便更好地把握和控制道路交通系统的实用科学技术。 2.交通仿真的优点 答：经济性；安全性；可重复性；易用性；可控制性；可拓展性。 3.交通仿真的功能（或应用领域） 答：在交通工程理论研究中的应用； 在道路几何设计方案评价分析中的应用； 在交通管理系统设计方案评价分析中的应用； 在道路交通安全分析中的应用； 在交通新技术和新设想测试中的应用； 在智能交通系统中的应用。 4.交通仿真的发展趋势 答：应用领域不断扩大；
健全系统后台开发技术，不断完善丰富交通仿真系统功能； 前台表现手法更加丰富； 交通仿真模型进一步完善； 快速引入新技术。 5.交通仿真的分类体系 答：交通仿真按照不同的分类标准可以得到不同的分类内容，一般来说，根据不同的仿真目的及仿真对象，交通仿真有以下几种分类方式和分类结果： ⑴从交通流理论的角度分为：微观交通仿真和宏观交通仿真； ⑵从仿真技术角度分为：连续时间仿真和离散时间仿真； ⑶从仿真实现的方式分为：理论仿真、多媒体技术仿真和人机交互方式仿真； ⑷从解决问题的对象分为：交叉口交通仿真、路段交通仿真和综合路网交通仿真； ⑸从仿真应用的研究范围分为：交通安全仿真、交通拥堵仿真、交通污染仿真、交通规划仿真、交通控制仿真、驾驶员行为仿真等。 6.
7.交通仿真技术与其他交通分析技术相比，具有的优点为？ 8.宏观交通仿真的常用模型有哪些？ 答：土地利用模型；车辆拥有模型；家庭收入模型；出行成本模型；出行生成模型；出行分布模型；方式划分模型；高峰时段模型；载客率模型；道路网分配模型；公共交通模型；方案评价模型。 9.宏观交通仿真的基本步骤为？
VISSIM交通仿真软件简介 VISSIM VISSIM是由德国PTV公司开发的微观交通仿真系统为模拟工具。 VISSIM 是一种微观、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以建模和分析各种交通条件下（车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等），城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。 VISSIM 由交通仿真器和信号状态产生器两部分组成，它们之间通过接口交换检测器数据和信号状态信息。VISSIM 既可以在线生成可视化的交通运行状况，也可以离线输出各种统计数据，如：行程时间、排队长度等。 自1992年进入市场以来，VISSIM 已经成为模拟软件的标准，其投入的深入研发力量和世界范围内的大批用户保证了VISSIM 在同类软件中处于领先地位。 公司简介 德国PTV集团最初成立于1979年，总部设在德国的卡尔斯鲁厄尔市（Karlsruhe）。经过20多年的发展，已经在美国、法国、瑞士、荷兰、比利时、澳大利亚、新加坡、阿联酋、中国等地设立了分公司。其软件和技术在世界上被广泛应用，截至到2005年６月，全球的用户达到１３００个，其中欧洲用户达到７００个，北美、南美用户达到３５０个，亚洲用户达到２５０个。截至到２００６年３月，中国使用PTV Vision软件系列的用户超过了８０个。 辟途威交通科技（上海）有限公司成立于2005年2月，是德国PTV集团在世界范围内投资的第20家独资子公司。该公司是PTV总部在中国成立的第一家子公司，旨在为中国的用户提供更加便捷、全面、本土化的技术支持以及培训等方面的服务，同时通过和用户进行项目合作，来支持用户掌握PTV公司提供的软件的使用。辟途威交通科技（上海）有限公司在中国的业务范围主要包括： 1 PTV 软件开发和销售 2 软件培训和技术支持 3 交通运输规划咨询 4 交通工程咨询 5 智能交通系统（ITS）咨询
城市交通流仿真浅谈 （朱江20106943） 摘要：阐述了系统仿真、计算机仿真和交通仿真的基本概念, 介绍了国外道路交通仿真研 究的发展历程和趋势以及国内的研究现状, 分析了道路交通仿真研究的意义, 并提出了研 究思路。 关键词: 系统仿真; 计算机仿真; 交通仿真 A Comprehensive Review of Road Traffic Simulation Research Abstract : The concept s of system si mu lat i on, computer simulation and traffic simulation are p resented, and the development process and t rend of road traffic simulation research in other count ries are also in roduced, as well as the existing research status in China . Furthermore, the signif icance of the road traffic si mu lat i on research is analyzed and the conceived research plan is put forward . Key words: system simulation; computer simulation; traffic simulation 交通仿真分析技术具有直观、准确、灵活的特点, 是描述复杂道路交通现象的一个有效手段。目前, 道路交通仿真研究已成为国际上交通工程界的研究热点之一。 1 系统仿真、计算机仿真及交通仿真 1.1 系统仿真 系统仿真, 顾名思义就是模仿真实系统。仿真界专家和学者对仿真下过不少定义, 其中一个比较通俗的描述性定义是: 仿真是通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系统。长期以来, 人们已经充分认识到利用数学模型去描述所研究系统的优越性, 并且逐渐地发展了系统研究和系统分析理论。但是, 由于数学手段的限制, 人们对复杂事物和复杂系统建立数学模型并进行求解的能力是有限的。在19 世纪末20 世纪初工业技术的迅速发展过程, 由于常规数学模型的缺陷对技术的进步的制约作用日益明显, 系统仿真作为一门技术科学也就应运而生。 1.2 计算机仿真 仿真技术发展之初, 由于相关技术条件的限制,人们多采用实物仿真的手段, 例如通过对不同形状飞机模型的风洞实验分析来改进飞机设计。近年来,随着相关技术的发展, 尤其是计算机软、硬件技术的突破, 仿真技术已经由实物仿真发展到数字仿真。由于数字化主要通过计算机来实现, 因而也称计算机仿真。计算机仿真就是采用计算机对数学模型进行仿真实验。计算机仿真摆脱了实物模型的传统概念, 借助计算机可以对物理性质截然不同的各种系统进行准确、灵活、可靠的研究, 这就使现代科学实验技术提高到一个新的水平。 仿真技术作为分析和研究系统运动行为、揭示系统动态过程和运行规律的一种重要手段和方法,在发展到现代的计算机仿真阶段以后, 其应用领域已从军用转向民用, 从最初的航
第十二章交通仿真软件及其应用 前言 交通仿真（Traffic Simulation）是系统仿真技术的一个分支，就是用系统模型来复现交通流随时间、空间变化从而表征其行为特征的技术。交通仿真模型可用于交通系统规划及控制方案的详细评估，更好地理解并掌握交通系统局部和细节，对于较复杂的交通系统尤为适用。交通仿真技术所具备的功能，使其在以下交通领域得以广泛应用：1）交通规划方案的详细评估；2）交通控制策略的评估；3）道路几何设计方案的评价分析；4）交通管理系统的评价分析；5）交通新技术和新设想的测试；6）智能交通系统的评价；7）道路交通安全分析；8）交通工程技术人员培训。当前使用较多的微观交通仿真软件有PARAMICS、VISSIM、TransModeler、AIMSUN、CORSIM、CUBE DYNASIM、TRAFFICWARE等。 本章将介绍系统仿真和交通仿真的原理、方法和常用的交通仿真软件及其应用。 第一节交通系统仿真 一、系统仿真 仿真是当今许多学科广泛应用的先进、安全和经济的技术，军事工业、航空航天、核能等一直是仿真技术应用的主要领域，在军工领域，仿真技术已成为新武器系统研制与试验中的先导技术、校验技术和分析技术。世界各国几乎所有大型研发项目，如“阿波罗”登月计划、战略防御系统、航天航空器研制、核武器研制等，因其投资和风险巨大，在研制过程中均成功地运用了仿真技术，以较小的代价大幅度降低了风险。系统仿真技术可应用于系统评价、系统优化、节约经费、降低试验的风险和危险、人员培训、决策支持等。下面阐述系统仿真的几个基本概念。 （一）基本概念 1）系统
仿真技术应用的对象是系统。系统的定义很多，通常定义为具有一定功能，按某种规律相互联系又相互作用着的对象之间的有机组合。社会、经济、交通都是系统，仿真所关注的系统是广义的，泛指人类社会和自然界的一切存在、现象与过程。任何系统的研究都需要关注三个方面的内容，即实体、属性和活动。实体是组成系统的具体对象，属性是实体所具有的每一项有效特性（状态和参数），活动是系统内对象随时间推移而发生的状态变化。由于组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性变化，通常用“状态”的概念来描述。研究系统，主要就是研究系统状态的改变，即系统的进展或演化。研究系统除了需要研究系统的实体、属性和活动外，还需要研究系统的环境。环境是指对系统的活动结果产生影响的外界因素，自然界的一切事物都存在相互联系和相互影响，而系统是在外界因素不断变化的环境中产生活动的，因此，环境因素是必须予以考虑的。系统与环境的边界是不确定的，随研究的目的不同而异。 2）模型 要进行仿真，首先要抓住问题的本质或主要矛盾，按研究的重点或实际需要对原系统进行简化提炼，也就是建立模型。模型是对系统某些本质方面的描述，可采用各种可用的形式提供被研究系统的信息，在所研究系统的某一侧面具有与系统相似的数学描述或物理描述，可以在不同的抽象层次上来描述一个系统，是对真实世界中的物体或过程的抽象化和形式化。模型方法是通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法。 计算机仿真中采用的模型是数学模型。数学模型是根据物理概念、变化规律、测试结果和经验总结，用数学表达式、逻辑表达式、特性曲线、试验数据等来描述某一系统的表现形式。数学模型的本质，是关于现实世界一小部分和几个方面抽象的数学“映像”。这种系统观允许对现实世界中的过程在不同的详尽程度上进行数学描述（编码），从而将各种不同的模型彼此联系起来，并将相互间的关系隐含于数学模型之中。 3）计算机仿真 计算机仿真是建立需研究系统的模型，进而在计算机上对模型进行实验研究的过程。计算机仿真方法是以计算机仿真为手段，通过在计算机上运行模型来模拟系统的运动过程，从而认识系统规律的一种研究方法。计算机仿真技术是以计算机科学、系统科学、控制理论和应用领域有关的专业技术为基础，以计算机为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行分析与研究的一门新兴技术。现代计算机仿真技术综合集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识，是系统分析与研究的重要手段。计算机仿真技术具有良好的可
交通仿真学习心得
交通系统仿真技 术 实 验 报 告 班级：交通10-03 学号：311002030318
姓名:王文博
交通系统仿真技术学习 学习交通系统仿真技术首先要了解几个词的概念。“仿真”是对真实事物的模仿，仿真一词另外一个常见的提法是“模拟”。根据“国际标准化组织（ISO）标准”中《数据处理词汇》部分名次解释，“模拟（Simulation）”与“仿真（Emulation）”两词的含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示他们的过程；“仿真”即用另一数据处理系统，主要是用硬件来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。“系统仿真”则是模仿现有系统或未来系统运行状态的一种技术手段。“系统”是指相互联系又相互作用着的对象之间的有机结合。这种比较概括的含义包含所有工程的及非工程的系统。机电、电气、水力、声学系统等都属于工程系统；社会、经济、交通、管理系统等都属于非工程系统。系统的分类方法有很多，其中最重要的一种分类方法就是按其状态变化是否连续分为连续系统和离散系统两种。 系统仿真研究的目的在于对现有系统或未来系统的行为进行再现或预先把握。其实系统仿真并不是什么新概念，而是人们早已广泛应用的研究方法，通过在计算机上进行的仿真实验，可以得到被仿真的系统动态特征，估计和评价现有的系统或未来系统的优劣和所采用策略或方案的真确性，从而将系统仿真的概念赋予了新的内容，使之成为辅助决策的重要手段之一。 因此，系统仿真的概念可以表述为：所谓系统仿真，示意控制论、相似原理和计算机技术为基础，借助系统模型对现有系统或未来系统进行试验研究的一门综合性新兴技术。利用系统仿真技术，研究系统的运行状态及其随时间变化的过程，并通过对仿真运行过程的观察和统计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断现有系统或未来系统的真实参数和真是性能，这个过程称为系统仿真过程。 系统仿真是近半个世纪以来发展起来的一门新兴技术学科，他与各门技术学科、管理学科、经济学科以致社会学科都有着紧密的联系，这正是系统仿真得到日益广泛应用的原因。它在航天、航空、军事、科研、工业生产、环境保护、生态平衡、医学、交通工程、经济规划、商业经营、金融流通等各个方面都获得了成功的应用，取得了显著地经济效益。 而我们所学的交通系统仿真是指用系统仿真技术来研究交通行为，它是一门对交通运动随时间和空间的变化进行跟踪描述的技术。从交通技术仿真所采用的技术手段以及所具有的本质特征来看，交通系统仿真是一门在数字计算机上进行交通实验的技术，它含有随即特性，可以是围观的，也可以是宏观的，并且涉及到描述交通运输系统在一定时期实时运动的数学模型。通过对交通系统的仿真研究，可以得到交通流状态变量随时间与空间的变化、分布规律及其与交通控制变量时间的关系。因此，交通系统仿真在道路运输系统及其各组成部分地分析和评价中发挥着重要作用。 交通仿真模型与其他交通分析技术，如需求分析、通行能力分析、交通流模型、排队理论等结合在一起，可以对多种因素相互作用的交通设施或交通系统进行分析和评估。这些交通设施和交通系统可以是单个的信号灯控制或无信号控制的交叉口，也可以是居民区或城市中心区的密集道路网、线控或面控的交通信号系统、某条高速公路或高速公路网、、双车道或多车道县(乡)公路系
《最优控制与智能控制基础》文献总结报告 城市干线交通流仿真及智能控制的研究 学生姓名：冯健 学生班级：50603 学生学号：5060318 任课教师：段洪君 提交日期：2009年6月19日
1. 课题背景及意义 1.1研究背景 城市交通系统是由人、车、路、环境等要素构成，具有结构复杂、影响因素多、开放性强、随机性及不稳定因素多等特点，是一个复杂的动态系统。长期以来，城市迅速增长的交通运输需求不能够得到有效的满足，供需不平衡的矛盾日趋突出，导致城市交通拥堵严重，事故率攀升，环境污染加剧，能源利用率低下。城市交通所带来的负面影响日益严峻，己成为制约城市经济发展的一个瓶颈。发展智能运输系统，利用现代信息技术、控制技术、优化理论及人工智能等，使现有的道路交通基础设施发挥最大效用，是一个重要的对策，同时也已成为世界各国交通学者们研究的热点。交通管理与控制是智能交通系统中一项重要研究内容，其重点在于运用各种交通设施控制、掌握并及时指挥城市交通，预先把握在现有道路网上实施交通管制的可能效果。鉴于交通运输系统本身的特性，难于采用现场实验的方法，利用计算机技术和系统仿真方法，为复杂的城市交通系统创造一种计算机实验平台，来研究城市交通成为理想选择，于是便形成了交通仿真技术。 1.2研究意义 城市主干道网络是城市道路交通的动脉，在城市交通中的作用举足轻重。干道网络上交通流畅通与否，直接决定了城市道路交通效率的高低。因此，只有当干道网络上的交通问题得到有效解决之后，城市交通问题才可迎刃而解。所以，应用交通仿真方法对城市干道交通流进行微观仿真研究具有现实意义。对城市主 干道交通流的微观仿真研究，可以实现干道交通运行状态的动态虚拟再现，为交通管理人员和交通规划人员提供一个有效的实验平台；利用交通流仿真模型进行仿真实验，通过仿真输出结果的分析、对比和评估来获取交通流的各项参数，为交通管理与控制、交通规划方案的比较及效果评价提供决策依据及技术支持。 目前大多数微观仿真软件都能动态显示交通信息，并提供交通性能指标统计列表，为交通方案的可行性分析与效果评价提供依据，但是，在混合交通流情况
学校代码： 学生学号：052094110 白城师范学院 毕业论文（设计） 交通问题中的数学模型的分类与研究Classification and mathematical model of the traffic problems in the 姓名：刘荣鹤 指导教师：李春沅教授 学科专业：信息与计算科学 所在单位：数学学院 2013年6月
目录 摘要： (1) 关键词： (1) 引言 (1) 一、交通问题中数学模型的分类 (1) 1、数学微分模型 (1) 1.1交通流的基本函数： (1) 1.2间断交通流 (3) 1.3应用范围 (4) 1.4模型优缺点 (4) 2、动力学模型 (4) 2.1交通流的流体力学模型 (4) 2.2交通流的气体动力论模型 (5) 2.3元胞自动机模型 (6) 二、基于元胞自动机理论模型及其模拟研究 (8) 1、交通流元胞自动机模型概述 (8) 1.1 一维交通流元胞自动机模型 (8) 1.2 FI模型 (9) 2、交通流元胞自动机模拟 (8) 2.1元胞参数定义 (10) 2.2 元胞自动机规则 (11) 2.4 结果分析 (12) 2.5 结论 (13) 三、小结 (14) 四、参考文献 (14)
交通问题中的数学模型的分类与研究 摘要：本课题对以往交通问题中的数学模型进行分类总结，然后着重分析每种方法比如动力学模型等模型的使用范围以及相应的缺陷，并且在各种方法总结比较中，挑选动力学模型中元胞自动机模型进行使用，把车辆在路段上运动的变化规律表述为元胞自动机的演变规则，建立基于元胞自动机理论的交通流模拟模型。标定了元胞长度和最大速度等参数，继而提出反映车辆在路段上自由行驶、跟驰行驶和减速行驶等交通行为的元胞自动机规则。 关键词：交通流数学模型分类元胞自动机 引言：随着我国改革开放的不断深入，城乡经济的进一步繁荣，城市规模的日益扩大，城市交通中的各种机动车辆和非机动车辆数量迅速增加，从而使城市道路更为拥挤和难以管理，交通堵塞和拥挤严重、城市公共交通发展较慢，公交工具数量不足，结构单一，运营效率和效益低、交通管理设施、技术差，从而导致交通问题屡见不鲜。因此，研究城市交通问题能帮助我们深入分析城市交通系统中交通需求与交通供给之间的内在作用规律，探究新的解决途径，为城市交通的良好运作与人们安全出行提供必要的理论保证。 一、交通问题中数学模型的分类 1、数学微分模型 微分模型也是研究交通问题的一类重要方法，它以微积分学为基础，把车辆看成连续的质点，建立连续的交通流模型。下面以红绿灯下的交通流模型为例介绍数学微分模型。 各种类型的汽车一辆接着一辆沿着公路飞驰而过，其情景就像湍急的河流中奔腾的流水一样。在这种情况下，很难分析每辆汽车的运动规律，而是把车辆对看作连续的流体，称为交通流。研究每一时刻通过公路上每一点的交通流的流量、速度和密度等变量间的关系。 1.1交通流的基本函数： 研究对象是无穷长公路上沿单向流动的一条车流。假定不允许超车，公路上也没