2交通仿真软件及其应用
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道路工程设计服务中的交通模拟软件及其应用交通是现代城市发展中的一个重要方面。
随着城市化进程的推进,城市交通拥堵和安全问题已经成为人们关注的焦点。
在道路工程设计中,交通模拟软件的应用发挥着重要的作用。
本文将探讨交通模拟软件在道路工程设计服务中的应用和意义。
首先,交通模拟软件能够帮助设计师评估道路工程的交通流量。
交通模拟软件具有模拟真实交通流量的功能,能够准确地展示道路不同时间段的交通流量情况。
在道路工程设计过程中,交通模拟软件可以帮助设计师分析和预测道路上的交通拥堵情况,从而提供有针对性的解决方案。
例如,通过交通模拟软件,设计师可以确定何时增加交通信号灯、变道或改进交通流动性等。
这样可以使得道路工程设计更加科学化和有效化。
其次,交通模拟软件能够评估道路工程的安全性。
在道路工程设计中,安全性是一个至关重要的因素。
交通模拟软件可以通过模拟车辆行驶过程来分析道路上可能出现的事故和危险。
设计师可以通过软件模拟的方式评估交通流量、速度和能见度等因素对交通安全的影响并提出相应的设计改进意见。
这种模拟方法可以帮助设计师预测道路工程建成后可能出现的问题,从而减少事故风险,提高道路的安全性。
此外,交通模拟软件还可以为道路工程设计提供更准确的成本估算。
在道路工程设计过程中,成本估算是一个重要的考虑因素。
交通模拟软件可以模拟不同设计方案下的交通流量和运营情况,从而帮助设计师评估每个设计方案的成本,并选择最经济和适用的方案。
这可以减少不必要的成本投入,并为道路工程的实施提供更准确的预测。
此外,交通模拟软件还可以为道路工程设计提供更准确的运营管理。
交通模拟软件可以模拟不同设计方案下的交通运营情况,从而帮助设计师预测和优化道路的运营方式。
通过模拟可以发现潜在的问题和瓶颈,提前做好应对措施,从而提高道路的运营效率。
这对于城市交通拥堵和安全管理具有重要的意义。
综上所述,交通模拟软件在道路工程设计服务中具有重要的应用价值。
它可以帮助设计师评估交通流量、道路安全性、成本估算和运营管理等方面的问题。
关于交通仿真的应⽤软件关于交通仿真的应⽤软件交通仿真软件主要有以下⼏类:(1)交通规划软件:TransCAD,Cube(TP,Tranplan),EMME2,Vissum(2)宏观交通仿真软件:FreQ(3)中观交通仿真软件:Dynasmart, Dynameq(4)微观交通仿真软件:VissimTransModeller,S-Paramics,Q-Paramics,Aimsun,(5)交通信号优化软件:Synchro交通仿真软件详细举例:ptv仿真-VISSIMVISSIM是⼀个微观的,以车辆驾驶⾏为基础的交通仿真软件。
对很多的⼯程学科⽽⾔,仿真已经成为优化复杂的技术体系的不可或缺的⼯具。
交通⼯程的专家结合三维动画效果,为技术专家和决策者提供可信,直观的演⽰效果。
当⼀个项⽬耗资巨⼤,这种演⽰更显重要。
VISSIM被应⽤在70多个国家的项⽬中,这个数据可以说明⼀切。
典型的应⽤范围如下:①对交叉⼝设计⽅案(环岛,有/⽆信号控制,跨线桥⽅式)进⾏⽐较②分析公交优先和轻轨加速⽅案③通⾏能⼒分析和公交优先⽅案测试④对于交通流控制,收费道路,路段控制系统,道路进⼝控制和特殊车道等交通管理系统进⾏分析⑤运⽤动态交通分配对⼤型道路⽹络进⾏可⾏性分析⑥完成⾼度专业的交通⼯程任务,例如铁路运⾏闭塞区段通⾏能⼒分析,收费⼴场或者边境控制管理⑦对交通平静区的交通仿真⑧公交集散地的客流仿真与可视化。
建⽴具有三维效果的地下铁路车站和客流模型⑨利⽤EXCEL对不同参数对应的车辆延误进⾏⽐较Caliper仿真-TransModelerTransModeler是⼀个综合宏观、中观和微观的多功能仿真软件,它以Caliper公司专门为交通应⽤⽽开发的地理信息系统(GIS)为基础,采⽤最新的交通⾏为仿真模型,为技术专家和决策者提供科学的仿真数据和形象的演⽰效果。
它的应⽤功能包括:·?车辆出⾏状态仿真·?出⾏需求模型分析·?交通控制⽅案的仿真·?交通管理设施的仿真·?公交系统仿真·?收费站仿真·?事故和施⼯区仿真·?⾏⼈仿真·?车辆⾏驶路线的追踪·?停车仿真·?三维动态仿真功能TransModeler提供强⼤⽽灵活的数据输⼊和编辑功能,它⽀持多种格式的遥感图象并提供了⼀套与GoogleEarth并线协调和导⼊图像的功能,⽅便⽣成交通仿真⽹络的道路和设施等,将仿真功能的结果建⽴在真实地理数据的基础之上,并以实时动态的⽅式显现出来,其结果也可存储为WMV等格式进⾏⽇后的演⽰。
交通仿真技术在交通规划与设计中的应用近年来,随着城市化进程的不断加速和交通拥堵的日益严重,交通规划与设计的重要性日益凸显。
而交通仿真技术作为一种先进的交通规划和设计工具,正在被越来越多的城市规划师和交通工程师所采用。
在本文中,我们将探讨交通仿真技术在交通规划与设计中的应用及其优势。
一、交通仿真技术概述交通仿真技术是一种模拟交通流动和行为的技术,它通过对交通流量、交通信号灯、车辆运行状态等进行模拟,来预测并评估交通系统的性能及其优化策略。
其中,最为常见的交通仿真技术包括微观仿真和宏观仿真。
微观仿真是指以单个车辆为单位进行模拟,通过计算机模拟每辆车的运行情况,预测并分析车辆在不同交通状态下的行驶时间、行驶距离、速度等运行指标,从而评估交通系统的运行效率。
宏观仿真则是以整个交通系统为单位进行模拟,通过对整个交通网络进行建模和分析,对交通流量、交通信号灯、交通方式等各种因素进行仿真,进而预测交通系统的稳定性、拥堵程度等,从而为交通规划和设计提供参考依据。
二、交通仿真技术在交通规划与设计中的应用1、交通规划交通规划是指为了满足城市交通需求、提高城市交通系统综合效益而进行的长远的交通战略规划,包括城市交通总体规划、分区规划和道路规划等。
交通仿真技术在交通规划中的应用主要体现在以下几个方面:(1)交通需求预测交通仿真技术可以通过对城市道路、公交线路、地铁线路等因素进行模拟,从而对未来城市交通需求进行合理预测。
这样可以在规划之初就根据预测结果进行调整,从而提高规划的科学性和可行性。
(2)道路网络优化交通仿真技术可以模拟不同的道路交通情况,通过对车流、车速、拥堵等指标的预测,优化道路的设计和安排,从而提高道路的通行效率,降低拥堵。
(3)分区规划交通仿真技术可以通过建立分区模型,预测未来交通需求和交通流量,从而制定出更加合理的分区规划方案,减少交通拥堵、提高道路使用效率。
2、交通设计交通设计是指根据交通规划的要求,依据设计标准和规范,以道路工程设计、交通标志和信号灯的布置、行人和非机动车设施的设置、公交线路等为主要内容的设计工作。
智能交通仿真系统的设计和应用一、引言智能交通系统作为现代交通管理领域的重要技术之一,已经在全球多个国家得到广泛应用和推广。
智能交通仿真系统是对真实交通系统的虚拟仿真,可以通过模拟真实环境和交通流量,评估和改进交通策略。
本文将重点介绍智能交通仿真系统的设计和应用。
二、智能交通仿真系统的设计智能交通仿真系统的设计需要考虑多个方面,包括仿真平台的选择、交通拓扑结构的建模、车辆模型的设计等。
2.1 仿真平台的选择目前市场上有很多智能交通仿真平台可供选择。
根据仿真需求和实际应用场景,可以选择合适的平台。
其中,SUMO (Simulation of Urban MObility)是一个开源的道路交通仿真平台,适用于城市交通仿真。
OMNeT++是一个通用的网络仿真平台,可以用于构建自适应交通控制系统。
根据实际需求,可以选择最合适的平台。
2.2 交通拓扑结构的建模交通拓扑结构是智能交通仿真系统的重要组成部分,决定了系统模拟的真实性和准确性。
在建模过程中,需要包括道路网络、交叉口、车道等元素。
可以利用现有的地理信息数据进行建模,也可以通过人工设计建模。
建模过程中需要考虑交通流量变化、拥堵等因素,以保证仿真结果的可信度。
2.3 车辆模型的设计车辆模型的设计是智能交通仿真系统中一个重要的环节。
车辆模型需要考虑车辆类型、车速、加速度等因素,以及车辆之间的交互作用。
在车辆模型中还需要考虑车辆行为、路口决策等因素,以模拟真实交通场景。
三、智能交通仿真系统的应用智能交通仿真系统在交通管理和规划、交通安全评估等方面具有广泛的应用。
3.1 交通管理和规划智能交通仿真系统可以帮助交通管理部门制定科学的交通规划和管理策略。
通过仿真分析交通状况,可以提前预测交通拥堵和车流量分布,从而优化交通信号配时和调整道路布局,提高交通的流畅性和效率。
3.2 交通安全评估智能交通仿真系统可以模拟交通场景中的事故情况,评估交通安全性。
通过模拟分析事故发生的原因和影响,可以制定相应的安全措施和预警系统,提高交通的安全性。
交通运输中的交通仿真技术应用随着城市化进程的不断推进,交通运输业也日益发展,不仅在规模上不断扩大,而且在技术应用方面也得到了极大的开拓。
随着交通仿真技术的运用,交通运输的效率得到了很大的提升,各大城市的交通状况也得到了很大的改善。
一、什么是交通仿真技术交通仿真技术是指对交通运输系统进行虚拟建模,并通过计算机模拟系统来对系统进行评估、优化和规划的科学技术。
其主要作用是通过仿真实验,评估并优化城市交通运输系统的设计、运行和管理,以实现交通运输系统效率的提高和社会经济效益的最大化。
二、交通仿真技术的应用1.城市交通规划城市交通规划是交通仿真技术的一个重要应用领域,其主要目的是为城市交通系统的规划和建设提供技术支持。
交通仿真技术可以根据城市交通系统的实际情况,通过建立仿真模型和进行仿真试验,评估并改进交通规划方案,从而提高城市交通运输的效率和流动性。
2.交通运输管理交通仿真技术在交通运输管理方面也有着广泛的应用。
通过交通仿真技术的应用,交通管理部门可以对交通运输流量、状况及拥堵情况等进行实时监测和管理,并作出相应的调整和决策,以保证交通运输系统的正常运行和顺畅流动。
3.公共交通优化公共交通的优化是城市交通运输效率提高的重要环节,而交通仿真技术正是为公共交通优化提供了技术支持。
通过将公共交通系统建立在交通仿真模型中,可以通过模拟试验来调整和优化公共交通的路线、时刻和车辆数量,从而提高公共交通的客运质量和运输效率。
4.交通安全管理交通安全一直是交通运输系统中的重要环节。
通过交通仿真技术的应用,可以对道路设计、车辆速度、交通信号等进行仿真模拟,并评估交通运输系统的安全性能,从而提高交通运输的安全性。
三、总结交通仿真技术的应用范围越来越广泛,为城市交通运输效率的提高、经济效益的最大化、交通安全的保障提供了强有力的技术支持。
在未来的发展中,交通仿真技术将不断涌现新的应用领域,为交通运输行业的健康发展提供更好的技术手段和支持。
目录引言 (1)第一章 vissim交通仿真软件的简介 (2)1.1 交通仿真的意义 (2)1.2 vissim交通仿真软件的应用 (2)第二章 vissim的具体操作功能介绍 (4)2.1 vissim 布置路网与道路连接 (4)2.2 车辆的输入 (7)2.3 路径决策 (8)2.4 信号灯及信号配时 (9)2.5 减速区的设置 (12)2.6 车辆优先设置 (13)第三章 vissim仿真结果及数据分析 (16)3.1 结果文件的输出 (16)3.2 评价类型设置 (18)3.2.1 行程时间 (18)3.2.2 延误 (20)3.2.3 数据采集点 (21)3.2.4 排队计数器 (23)3.2.5 车辆记录 (23)3.2.6 路段评价 (24)3.2.7 路网性能评价 (26)3.3 仿真输出的数据及意义 (26)3.3.1 行程时间 (26)3.3.2 延误 (27)3.3.3 数据检测记录 (28)3.3.4 排队记录数据 (28)第四章 vissim在小区中的具体应用 (30)4.1 调查数据 (30)4.2 小区路网构建步骤 (31)4.3 现状仿真运行结果及分析 (37)4.4 小区路网的改善 (39)4.5结果的分析比较 (42)第五章小结 (44)谢辞 (46)参考文献 (47)引言随着我国国民经济的发展, 城市化的步伐日益加快,城市道路越来越不满足交通需求量的增长。
这就使得人们去对未来年交通量、通行能力加以规划预测,然而要做到这些这就必须对未来年建设项目进行交通影响评价。
交通影响评价是建设项目建成后的交通影响分析的手段,评价建设项目对其周边路网的交通影响,并采取一定的措施,使影响达到最低,使整个路网的运行效率最优化。
我国自1996 年上海首次引进交通影响评价以来,国内的专家及学者一直对其探讨,交通影响评价尚处于一个发展阶段。
在交通影响评价中如何进行定量的评价是一个关键问题,本文在VISSIM系统下,根据延误指标,行程时间等参数进行评价,并以实例说明。
交通仿真系统的建立与应用随着城市化水平的不断提高,交通拥堵成为城市发展中的重要问题。
为了解决城市交通问题,交通仿真系统应运而生,成为现代城市交通规划和管理的重要工具。
本文将介绍交通仿真系统的建立与应用。
一、交通仿真系统的概念和意义交通仿真系统是一种基于计算机技术的软件系统,用于模拟交通流在不同条件下的运行情况。
其主要功能是模拟分析路段、交叉口、道路网络等交通环节的交通流量、速度、密度、延误等指标,为交通规划、设计、管理与评价提供科学依据。
交通仿真系统的应用意义主要体现在以下几个方面:1. 优化道路设计:通过交通仿真系统对道路设计方案进行模拟,可预测不同方案下的交通流量和效果,为道路设计的优化提供决策依据。
2. 改善交通流量:交通仿真系统可在不影响实际交通情况的前提下调节交通流量,从而达到改善交通拥堵的目的。
3. 优化交通信号控制:对于城市交通信号控制系统的优化,交通仿真系统可以进行仿真模拟,提供更科学的设备方案。
4. 提高安全性:通过交通仿真系统对城市交通系统逐步进行仿真模拟,可以更加科学地进行安全评估,提前预测出可能出现的交通事故,从而提高城市交通系统的安全性。
二、交通仿真系统的建立1. 数据收集和处理:建立交通仿真系统的第一步是收集和处理相关数据。
主要包括道路信息、车辆流量、人口、气象等。
2. 建立地理信息系统:地理信息系统是交通仿真系统的核心。
通过GIS,构建道路、路段、交叉口、车流量等数据的空间关系模型,可以方便地进行仿真分析。
3. 选择仿真模型:选择与需要满足的问题相符合的交通仿真模型。
目前主要有微观模型和宏观模型两种,根据不同的应用场景,选择合适的模型。
4. 设计仿真实验:设计仿真实验来验证交通仿真系统的准确性。
在实验前需要清晰制定场景、目标和方法。
5. 仿真分析和优化:通过仿真分析找出可能存在的问题点,并进行优化。
三、交通仿真系统的应用1. 道路网络规划:通过交通仿真系统,对道路网络进行模拟,成为道路规划的重要工具,可以更加科学地确定一些政策决策。
各类交通仿真软件综合介绍交通仿真软件是一类用于模拟交通流动和研究交通运输系统的计算机程序。
它们可以对各种交通情景进行建模,评估不同交通策略的效果,并提供决策支持。
下面将介绍几种常见的交通仿真软件。
1.VISSIMVISSIM是一种微观交通仿真软件,用于模拟城市、高速公路和非机动车道等不同交通环境。
它可以模拟车辆的运动和互动,包括车辆的加速、减速、变道和排队等行为。
VISSIM还具有强大的路口控制模块,可以优化信号灯配时和车道使用策略,以提高交通效率和减少拥堵。
2.TRANSIMSTRANSIMS是一种宏观交通仿真软件,用于模拟整个城市的交通流动。
它综合考虑了交通、土地使用和居民行为等因素,可以评估不同的交通策略对城市交通系统的影响。
TRANSIMS还可以用于预测交通需求和评估城市规划项目的可行性,帮助决策者做出更合理的决策。
3.SUMOSUMO是一种开源的微观交通仿真软件,可用于模拟道路网络和车辆的运动。
它具有高度可定制的特性,可以灵活地调整模型参数和仿真设置。
SUMO还支持与其他软件的集成,例如与交通信号控制软件和模型导入/导出工具的连接。
由于其开源的特点,SUMO受到了学术界和研究人员的广泛应用。
4. AimsunAimsun是一种综合交通仿真软件,用于建模和模拟城市和区域范围的交通系统。
它可以模拟道路、公共交通和行人等各种交通模式,并提供全面的评估和优化工具。
Aimsun还具有强大的可视化功能,可以直观地展示交通流动和改进措施的效果。
该软件被广泛应用于交通规划、交通管理和交通工程等领域。
5. PTV VissimPTV Vissim是一种微观交通仿真软件,由PTV Group公司开发。
它具有高度精确的模拟能力,可以模拟各种驾驶行为和交通条件。
PTV Vissim还提供了丰富的API和扩展功能,支持用户自定义模型和脚本编程。
该软件被广泛应用于交通规划、交通管理和交通安全等领域。
综上所述,交通仿真软件在交通规划、交通管理和交通工程等领域起着重要作用。
现代轨道交通仿真软件在实验教学中的应用轨道交通是现代城市交通的重要组成部分,轨道交通仿真软件可以对轨道交通的各个方面进行模拟和调控。
在实验教学中,现代轨道交通仿真软件可以给学生带来更加生动、真实的学习体验。
一、利用仿真软件进行线路规划现代轨道交通仿真软件可以基于实际运行情况进行线路规划,实现最优的线路设计,同时也可以进行线路优化,提高列车的运行效率。
在实验教学中,引导学生进行线路规划和优化实验,可以让学生更好地认识轨道交通线路规划的难点和局限性。
二、利用仿真软件进行列车运行模拟现代轨道交通仿真软件可以对列车的运行情况进行精细的模拟,包括列车的起点和终点、车站停车时间、列车速度、运行时间、运行距离等,针对不同的模拟指标,可以进行系统性的对比实验。
在实验教学中,可以让学生进行列车运行模拟实验,通过对比不同的模拟指标,深入探究轨道交通的运行规律和运行优化。
三、利用仿真软件进行乘客流量分析现代轨道交通仿真软件可以对各个车站的乘客流量进行模拟分析,包括人口流动特点、乘客的上下车时间和地点、乘客的行程路线等。
在实验教学中,可以引导学生进行乘客流量分析实验,通过仿真软件模拟各种情况下的客流量,从而学习分析客流变化的规律和因素。
四、利用仿真软件进行安全评估现代轨道交通仿真软件可以对轨道交通系统的安全性进行全面的评估和分析,包括安全防护设施的完善性,列车的安全运行状况,乘客的安全保障等。
在实验教学中,可以让学生进行轨道交通系统安全评估实验,仿真软件可以生成各种不同情况下的安全运行数据,从而提高学生的安全意识和安全理念。
通过以上四个方面的实验,在实现生动和实际的学习体验的同时,也加强了学生的实际动手操作能力和团队合作精神,为学生未来在该领域的发展提供了坚实的基础。
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控性、无破坏性、安全、可靠、不受外界条件(如气象条件和场地空域)的限制、可多次重复、高效和经济性等特点,近年来发展十分迅速,已经成为当今众多领域技术进步所依托的一种基本手段。
计算机仿真主要步骤有:问题描述、仿真目标设定、模型建立、数据收集、仿真程序开发、标定和校准、试验设计、运行和结果分析。
(二)系统仿真的分类系统仿真技术实质上就是建立仿真模型和进行仿真实验的技术。
通常认为,系统仿真是用能代表所研究系统的模型,结合环境(实际的或模拟的)条件进行研究、分析和实验的方法。
系统仿真的过程可通过图12-1所示的系统、模型与计算机三个要素间的三种基本活动来描述。
图12-1 系统仿真三要素及三种基本活动可以从系统模型的角度、仿真时钟与实时时钟的关系对系统仿真加以分类。
1)连续系统仿真和离散事件系统仿真系统模型按特性可分为两大类:一类称为连续系统,另一类称为离散事件系统。
由于这两类系统固有运动规律的不同,因而描述其运动规律的形式就有很大的差别,相应地,系统仿真技术也分为连续系统仿真和离散事件系统仿真。
连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统。
但离散时间变化模型中的差分模型可归为连续系统仿真范畴,因为当用数字仿真技术对连续系统仿真时,其原有的连续形式的模型必须进行离散化处理,并最终也变成差分模型。
离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。
它与连续系统的主要区别在于状态变化发生在随机时间点上,这种引起状态变化的行为称为“事件”,因而这类系统由事件驱动。
而且,“事件”往往发生在随机事件点上,亦称为随机事件,因而离散事件系统一般都具有随机特性,系统的状态变量往往是离散化的。
2)实时仿真、亚实时仿真和超实时仿真计算机上或实验室里展示天文时间的时钟称为实际时钟,而系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时钟。
根据仿真时钟与实际时钟推进的比例关系,系统仿真分类如下:(1)实时仿真,即仿真时钟与实际时钟完全一致,也就是仿真中模型推算的速度与实际系统运行的速度相同。
在被仿真的系统中存在物理模型或实物时,必须进行实时仿真,例如各种训练仿真器就是这样,有时也称为在线仿真。
(2)亚实时仿真,即仿真时钟慢于实际时钟,也就是仿真中模型推算的速度慢于实际系统运行的速度。
在对仿真速度要求不苛刻的情况下可以用亚实时仿真,例如大多数系统的离线仿真研究与分析,有时也称为离线仿真。
(3)超实时仿真,即仿真时钟快于实际时钟,也就是仿真中模型推算的速度快于实际系统运行的速度。
例如大气环流的仿真、交通系统的仿真等等。
(三)系统仿真算法与仿真软件仿真算法是将系统的数学模型转换成适合于计算机运行的模型(即计算机仿真模型)的一种算法。
连续系统的动态特性,一般可用微分方程、状态方程或传递函数来描述。
连续系统的数学模型无法直接在计算机上运行,必须将它转变为离散时间的仿真模型(离散时间模型),用于连续系统的仿真算法可分为两大类:一类是数值积分法;另一类是离散相似法。
离散系统,常常规模较大且结构复杂,往往又是随机的,很难用数学方程描述。
因此,需要直接根据系统的目的要求,以及相关的知识建立其仿真模型。
离散事件系统的仿真模型通常采用流程图或网络图描述,如排队网络模型、Petri网络模型等。
常用的三种仿真建模方法是面向事件的建模方法、面向活动的建模方法、面向进程的建模方法,对应的三种典型仿真策略为时间调度法、活动扫描法和进行交互法。
仿真软件是一种面向仿真用途的专用软件,它既可以使用专业的仿真语言编写,又可以使用通用的计算高级语言编写。
仿真软件包括仿真程序和仿真语言。
仿真程序是仿真软件的初级形式,一般采用计算机高级语言(如C语言)编写,是仿真软件的基本组成部分。
仿真程序用于某些特定问题的仿真,只要仿真对象稍有改变,仿真程序就要重新编制。
随着计算机仿真技术的发展,还出现了专用的计算机仿真语言。
二、交通仿真(一)交通仿真模型的分类依据仿真模型对交通系统描述的细节的程度,交通仿真模型可以划分为宏观(Macroscopic)、微观(Microscopic)、中观(Mesoscopic)三种类型。
宏观交通仿真模型对系统实体、行为及相互作用的描述很粗略,仿真速度很快,对计算机资源的要求较低。
它采用集合方式来展现交通流,如交通流量、速度、密度以及它们之间的关系。
宏观模型很少涉及车流内车辆之间的相互作用,如车辆跟驰、车道变换,不考虑个别车辆的运动,而是从统计意义上整体描述车辆的运动,它假定交通流已被合理地分配给各个车道。
宏观交通仿真模型比微观仿真模型的精度低,应用的范围也小,适用于描述系统的总体特性,并试图通过真实反映系统中的所有个体特性来反映系统的总体特性。
宏观仿真模型的重要参数是速度、密度和流量。
微观交通仿真模型非常细致地描述系统实体和它们间相互作用,对计算机资源的要求较高。
微观交通仿真把每辆车作为一个研究对象。
对所有个体车辆都进行标识和定位,在仿真方法上完全不同于宏观交通仿真。
在每一扫描时段,车辆的速度、加速度及其他车辆特性被更新。
微观仿真的基本模型是跟驰模型、超车模型及车道变换模型。
微观水平的车道变换不仅涉及到当前车道中本车对前车的跟驰模型,而且涉及到目标车道的假定前车和后跟车的跟驰模型,还有精细的驾驶员决策行为模拟,甚至整个车道变换的操纵过程也能被模拟出来,因而能非常灵活地反映各种道路和交通条件的影响。
微观仿真模型特别适合于在计算机上精确再现路网上的实际交通状况,常用于交通控制的仿真(如单个交叉口的定时或感应式控制、干道交叉口协调控制等)。
相比宏观仿真模型而言,微观交通的仿真通常需要更多的计算资源。
微观仿真模型的重要参数是每辆车的速度和位置。
中观仿真模型也能够细致地描述大多数系统实体,然而相对于微观模型而言,它对实体运动和相互作用的描述要粗略,例如它采用车队描述模型;对每辆车而言,车道变换则被描述成建立在相关车道实体基础上的瞬时决策事件,而非细致的车辆间相互作用。
中观交通仿真在宏观交通网络的基础上,将个体车辆放入宏观交通流中进行分析,根据模拟的需要,对特定车辆的速度、位置及其他属性进行标识,或对个体车辆分组,再对每组车辆的速度、位置及其他属性进行标识。
对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元,描述队列在路段相节点的流入流出行为,对车辆的车道变换之类的行为也可用简单的方式近似描述。
(二)微观交通仿真由于宏观仿真模型对交通系统的描述比较粗略,计算机技术的进步确保了在微机上也能够实现较大规模的微观仿真,微观交通仿真模型已经成为交通仿真的主流模型。