第一讲 交通仿真概述
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目录1 交通仿真 (2)1.1 国内外交通仿真研究概况 (2)1.1.1 国外研究概况 (2)1.1.2 国内研究现状 (3)1.2 道路交通仿真研究的意义 (3)2 研究思路 (6)2.1 考虑道路交通仿真的研究阶段 (6)2.2 考虑微观交通仿真模型的基本模块 (6)2.2.1 交通网络模块 (6)2.2.2 交通需求模块 (7)2.2.3 车辆行驶模块 (7)2.2.4 交通控制管理方案生成模块 (7)2.2.5 仿真输出模块 (7)2.3 常用微观交通仿真软件简介 (8)2.4 利用微观仿真软件进行交通分析的一般流程 (9)2.4.1 对象界定 (9)2.4.2 选用合适的仿真工具 (9)2.4.3 数据收集 (9)2.4.4 数据输入 (9)2.4.5 模型的校核和标定 (9)2.4.6 仿真输出分析 (9)2.4.7 不同方案的比较分析 (9)3 基于VC++微观城市交通仿真系统的研究与实现 (10)4 VISSIM软件介绍 (12)4.1 系统的模块构成 (12)4.2 系统的功能 (14)4.3 VISSIM的应用领域 (15)4.4 VISSIM的实践应用 (16)4.5 VISSIM关于微观交通仿真的运用 (16)5 结语 (24)致谢 (25)1 交通仿真交通仿真是20世纪60年代以来,随着计算技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂交通现象的交通分析方法。
交通仿真是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用,交通仿真是复现交通流时间空间变化的技术,交通仿真模型的建立以及交通仿真实验系统的开发是交通仿真研究的两个核心内容。
根据交通仿真模型对交通系统描述的细节程度的不同,交通仿真可分为宏观仿真,中观仿真和微观仿真。
(1)微观交通仿真模型其对交通系统的要素及行为的细节描述程度最高,例如,微观交通仿真模型对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的,车辆在道路上的跟车、超车及车道变换行为等微观行为都能得到较真实的反映。
1. VISSIM介绍VISSIM为德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件系统,用于交通系统的各种运行分析。
该软件系统能分析在车道类型、交通组成、交通信号控制、停让控制等众多条件下的交通运行情况,具有分析、评价、优化交通网络、设计方案比较等功能,是分析许多交通问题的有效工具。
VISSIM软件系统内部由交通仿真器和信号状态发生器两大程序组成,它们之间通过接口来交换检测器的呼叫和信号状态。
"交通仿真器"是一个微观的交通流仿真模型,它包括跟车模型和车道变换模型。
"信号状态发生器"是一个信号控制软件,它以仿真步长为基础不断地从交通仿真器中获取检测信息,决定下一仿真时刻的信号状态并将这信息传送给交通仿真器。
图1.1交通仿真器和信号状态产生器之间的交流2.仿真模型的说明交通仿真是典型的离散系统仿真,被仿真事件在时间上是离散的、随机的,交通行为的产生整体符合分布规律。
仿真模型是用一系列的数据、逻辑条件表达式和若干公式组成。
2.1.路口描述模型路口描述模型描述了交叉口的形状、车道功能等,是用一组数据表示的静态模型,在仿真过程中保持不变。
模型参数是通过路口参数输入对话框送入的。
参数有:路口名称,路口类型(正十字口,畸形口,丁子口),畸形口中心距,车道数,车道宽,停车线距离,隔离带宽,车辆检测器位置,车道功能选择等。
2.2.车辆描述模型车辆描述模型描述了车辆的形状、位置、颜色、速度、来向、去向、期望速度、车辆反应时间等。
模型参数随着车辆的随机生成而产生,某些参数随着车辆的运行而改变。
车辆描述模型与车辆生成模型、车辆运行模型有着密切的关系,是它们模型算法执行结果的直接反映。
2.3.车辆生成模型车辆生成模型描述了车辆的随机到达数分布,到达车辆的车型分布,到达车辆的流向分布,到达车辆车道选择方法,到达车辆车色分布。
车辆生成模型是交叉口车辆运行模型的基础。
(1)车辆到达数分布模型车辆到达数的分布是离散型的随机分布,又称之计数分布,反映了在某一固定时段内到达给定地点车辆的随机数。
交通系统仿真技术交通系统仿真技术是一种常用于分析交通系统运行情况的工具,它通过模拟交通场景,分析交通流量、路况、车辆行驶等情况,从而提供决策支持和优化方案。
本文将从交通系统仿真技术的基础、应用、优势和不足四个方面进行论述,以期对该技术的认知有更全面的了解。
一、交通系统仿真技术的基础交通系统仿真技术主要包括以下基本元素:1. 地图:地图是交通场景的基本支撑,它包括道路、交叉口、车流、行人、建筑等要素;2. 车辆模型:车辆模型是交通场景中最基本的元素,它包括车辆的转向、加速度、制动力等参数,用于描述车辆的行驶特征;3. 驾驶行为:驾驶行为是指车辆驾驶员的行为模式,包括车辆与车辆之间的跟驰、并线、减速、加速等过程;4. 交通控制:交通控制是指交通信号灯、标志、标线等设施,用于管理和控制车辆行驶。
二、交通系统仿真技术的应用交通系统仿真技术广泛应用于城市交通规划、道路设计、交通流量控制、交通事故预防、公共交通优化等方面。
这里举几个典型的应用场景:1. 交通规划:仿真技术可以提供城市交通开发规划、路网优化等方案,预测各项指标的变化情况,提升交通系统的效率和安全性;2. 道路设计:仿真技术可以通过道路宽度、车道数量、弯道半径等参数调整,设计出更合适的道路,降低交通压力,提高道路通行能力;3. 交通流量控制:仿真技术可以通过对城市道路交通瓶颈、高峰时段、道路拥堵等情况模拟,预测未来交通流量变化,从而及时采取交通管制措施,优化交通流量;4. 交通事故预防:仿真技术可以模拟预测交通事故发生的概率,提供安全行车建议,针对潜在的交通事故危险进行预防;5. 公共交通优化:仿真技术可以通过优化公共交通车网、改善公交车站等方式,优化公共交通系统的出行速度,提高乘客的出行感受。
三、交通系统仿真技术的优势交通系统仿真技术具有以下优点:1. 安全:交通仿真技术可以对交通运行情况进行模拟分析,模拟出各种可能的交通事故,从而提前采取应对措施,降低事故发生风险,提高交通安全性;2. 节约成本:交通仿真技术可以减少现场实验和试验极端情况的成本和工作量,并进行低成本的试验,不会影响实际道路交通;3. 高效:交通仿真技术能够快速构建交通场景和模型,并进行快速评估,加快决策流程,并提高各种工作效率;4. 可视化:交通仿真技术可以将模拟结果以可视化形式展示出来,对于决策者和公众来说更加直观、易于理解。
《交通仿真》课程主要知识点1.仿真利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统,又称模拟。
这里所指的模型包括物理的和数学的,静态的和动态的,连续的和离散的各种模型。
2.交通仿真交通仿真是20世纪60年代以来,随着计算机技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂道路交通现象的交通分析技术和方法。
从试验角度看,道路交通仿真是再现交通流时间和空间变化的模拟技术。
交通仿真作为仿真科学在交通领域的应用分支,是随着系统仿真的发展而发展起来的,它以相似原理、信息技术、系统工程和交通工程领域的基本理论和专业技术为基础,以计算机为主要工具,利用系统仿真模型模拟道路交通系统的运行状态,采用数字方式或图形方式来描述动态交通系统,以便更好地把握和控制该系统的一门实用技术。
交通仿真是智能交通运输系统的一个重要组成部分,是计算机技术在交通工程领域的一个重要应用,它可以动态地、逼真地仿真交通流和交通事故等各种交通现象,复现交通流的时空变化,深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通的特征,有效地进行交通规划、交通组织与管理、交通能源节约与物资运输流量合理化等方面的研究。
同时,交通仿真系统通过虚拟现实技术手段,能够非常直观地表现出路网上车辆的运行情况,对某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通、有无出现交通事故、以及出现上述情况时采用什么样的解决方案来疏导交通等,在计算机上经济有效且没有风险的仿真出来.3.交通仿真的主要内容1.公路系统交通仿真研究2.城市道路网交通仿真3.行人和非机动车交通仿真4.交通环境仿真5.交通安全仿真6.面向ITS的交通系统仿真4.交通仿真的特点1.经济性2.安全性3.可重复性4.易用性5.可控制性6.可拓展性5.满足ITS仿真需求的条件1.清晰地表现路网的几何形状2.清晰地表现驾驶员的行为3.清晰地表现车辆间的相互作用关系4.清晰地表现交通控制策略5.模拟先进的交通管理策略6.提供与外部实时系统的接口7.模拟动态车辆诱导,再现信息交换过程8.具有普适性9.精细化仿真路网交通流的状况10.模拟公共交通11.提供结果分析工具12.提供图形化的交互界面6.交通仿真分类6.1从交通流理论的角度微观交通仿真:跟驰模型、超车模型、换道模型宏观交通仿真:出行路径选择模型、交通流量分配模型6.2从仿真技术角度连续时间仿真离散时间仿真6.3从仿真实现的方式Agent理论仿真多媒体技术仿真人机交互方式仿真元胞自动机仿真……6.4从解决问题的对象来说交叉口交通仿真路段交通仿真综合路网交通仿真6.5从仿真应用的研究范围来划分交通安全仿真、交通拥堵仿真、交通规划仿真、交通控制仿真、驾驶员行为仿真等7.微观与宏观交通仿真的区别微观仿真通过考察单个驾驶员和车辆及其相互作用特征来描述系统的状态;宏观仿真是通过考察交通流特征,即车流的“平均"行为来描述系统的状态。