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1、 交通运输 交通仿真论 文 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、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 11 4 1 系统的模块构成 11 4 2 系统的功能 13 4 3 VISSIM 的应用领域 14 4 4 VISSIM 的实践应用 15 4 5 VISSIM 关于微观交通仿真的运用 15 5 结语 23 致谢 24 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
3、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 2 中观交通仿真模型 其对交通系统的要素及行为的细节描述程度较高 例如 中观交通仿真模 型对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元
4、的 能够描述队列在路段 和节点的流入流出行为 对车辆的车道变换之类的行为也可以简单的方式近似 描 3 宏观交通仿真模型 其对交通系统的要素及行为的细节描述处于一个较低的程度 例如 交通 流可以通过流密速关系等一些集聚性的宏观模型来描述 象车辆的车道变换之 类的细节行为可能根本就不予以描述 1 1 国内外交通仿真研究概况 1 1 1 国外研究概况 国外的交通仿真研究发展阶段基本上经历了 20 世纪 60 年代 70 年代至 80 年代以及 80 年代末 90 年代初以来的 3 个较为明显的发展阶段 1 20 世纪 60 年代 国外交通仿真研究始于 20 世纪 60 年代 其中 TRANSYT 交
5、通仿真软件是 当时最具代表性的成果 TRANSYT 模型是由英国的 D L 罗伯逊于 1968 年提出 以后又经历了 8 次修改 它是一种宏观仿真模型 用以确定定时交通信号参数 的最优值 这一时期的交通仿真系统主要以优化城市道路的信号设计为应用目 的 模型多采用宏观模型 模型的灵活性和描述能力较为有限 仿真结果的表 达也不够理想 这也是由当时的计算机性能所决定的 2 20 世纪 70 80 年代 20 世纪 70 年代至 80 年代 由于计算机的迅速发展 交通仿真模型的精 度也迅速提高 功能也更加多样 这期间的典型代表当属 NETSIMU 模型 该 模型是一个描述单个车辆运动的 时间扫描的网络
6、微观交通仿真模型 其对城市道 路的交通现象的描述精度达到了一个新的高度 大部分常见的交通现象如跟车 行驶 变换车道 车流冲突 公交运行 行人冲突等 以及常见的交通控制管 理措施如固定信号控制 感应控制 主 次优先控制 车道关闭等均可通过仿真 软件进行模拟 评价指标除了常规的延误 速度 行程时间 排队长度等常规 指标外 还可描述诸如排队溢出 油耗 废气排放等指标 另外 模型对道路 几何条件的描述也更为灵活 NETSIMU 模型经过多次的版本升级 其功能日 趋强大 广泛应用于交通控制与管理系统方案优化 交通设计方案优化以及交 通工程相关领域的理论研究方面 至今为止 NETSIMU 模型仍是目前应用
7、最 为广泛的仿真模型 3 20 世纪 80 年代末及 90 年代初 随着 20 世纪 80 年代末和 90 年代初国外 ITS 研究的日益热门 世界各国 都展开了以 ITS 为应用背景的交通仿真软件的研究 并达到了交通仿真研究前 所未有的高潮 出现了一大批的评价和分析 ITS 系统效益的仿真软件系统 1 1 2 国内研究现状 与国外相比 国内在交通仿真方面的研究长期处于一种未受重视的状态 在国内的专业文献中鲜有报道 20 世纪 90 年代以后 国内交通工程界逐渐注意到交通仿真研究的重要性 同济大学 东南大学 交通部公路科学研究所等一批科研单位开始展开这方面 的实质性研究并取得了一定的成果 但总
8、的来说 目前国内的仿真研究仍较为 零散 往往只局限于解决单一问题 如对二车道公路通行能力的仿真研究 高 速道路入口匝道范围交通仿真 优先控制 T 型交叉口交通仿真等等 深圳交通研究中心于近年成立交通仿真研究中心 并引进了德国 VISSIM 仿真系统 这是国内交通工程专业机构通过引进国外成熟仿真软件并付诸实际 应用来加快中国交通仿真应用的一个重要的尝试 1 2 道路交通仿真研究的意义 交通系统是一个复杂 不确定 受人的行为因素影响巨大的系统 利用交 通仿真工具 在仿真环境中构建现实中难以实现甚至无法实现的系统 多次以 较低成本反复地试验 从复杂的现象中 抽象出问题的本质 方案评价的需要 传统的方
9、案评价方法具有诸多缺点 如评价的指标比较 有限 不够生动直观 无法对方案的整体效果进行全面的评价 利用仿真工具 则可以较容易克服以上缺点 尤其可以对风险比较大 或争议比较大的方案在 计算机上进行模拟实施 既降低实施风险 也可以发现方案的不足 交通拥挤和阻塞成为现代生活的一大难题 对于这一世界性的难题 人们 己经达成了解决的共识 发展智能交通系统 ITS 使现有的道路交通设施更好地 发挥效益 相应地 必须开发新的城市交通控制系统 UTC 该系统的一个基 本特征是 系统可以对路网交通条件的变化做出实时反应 系统中各个组成元 素可以进行实时的信息交流 因此为了有效地评估城市交通控制系统以及智能 交通
10、系统 ITS 的效益 需要一个合适的工具 能够对单个车辆一驾驶员这样的 微观层面的各种相互作用进行建模分析 微观交通仿真器能够描述各个车辆一 驾驶员单元的特性及其行为 可以模拟出一个近似真实世界的交通环境 微观 交通仿真器还有一个很重要的优点 它可以直接和现实中待评估的系统接口 从而不需要构筑该系统的模型 如需要评估城市交通控制系统 UTC 可以直 接把 UTC 系统和微观交通仿真器连接 所以 微观交通仿真是评价城市交通控 制系统以及智能交通系统 ITS 效益的一个重要工具 交通分析作为交通工程的一个基础性工具 广泛应用于交通工程的各个领域 而不同的应用领域对交通分析工具存在不同的需求 制定道
11、路几何设计方案 交通控制管理方案时往往需要有更为细致 准确的交通分析工具以提供更好的 决策支持手段 而实际工作中由于缺乏这样的工具不得不照搬在宏观规划层次 如路网规划方案评价 中采用的聚集程度较高的交通状态分析工具 与较为 成熟的道路 CAD 技术相比 尚缺乏一个基于计算机辅助的能将道路和交通设 计有机结合在一起的灵活的实验平台 这也是造成目前道路几何设计和交通控 制与管理措施 各自为政 的技术方面的原因之一 交通流的流体假设只是在 总体上把握了交通流与真实流体之间存在的相似性 然而 道路交通流中车型 的多样性与流体的流质之间完全相同的特性是不完全吻合的 以及交通流实际 情况中经常出现的间断性
12、也与流体的连续特性存在差异 因此 传统的描述交 通流状态的数学分析方法在描述系统的总体特性上有其特有的优点 然而 数 学分析模型因其理论基础的局限性 在满足一些微观层次的交通分析需求时存 在着较为明显的缺陷 另外 由于交通系统本身的复杂性以及交通工程的新技 术 新概念的不断出现 客观上对交通分析工具的功能提出了更高的要求 与传统的交通分析技术相比 计算机交通仿真技术 尤其是微观交通仿真 技术具有非常明显的优势 主要体现在以下几方面 1 模型机制与交通系统的实际运作机制紧密对应 交通仿真分析注重的是对系统运行全过程的描述 而要做到这一点首先必 须在模型机制上与实际系统运作机制吻合 这与数学解析方
13、法的重 结果 轻 过程 是有本质区别的 2 模型描述的准确性和灵活性 微观仿真模型以交通系统最基本的要素如单个的车辆 车道 信号灯等为 建模单元 因而能准确 灵活地反映各种道路和交通条件的影响 3 交通分析的开放性 借助于计算机技术 通过良好的用户输入输出界面 模型的运算结果可方 便地与用户交互 增强了模型应用的实用性和方便性 仿真结果的动画演示的 直观性使得即使是非专业人员也能很容易理解 4 强大的路网动态交通状态描述能力 时间扫描技术为路网的动态交通状态描述提供了最大的支持 交通仿真技术的优势 是使它能更好地满足以下交通工程应用领域的交通 分析需求 1 交通管理系统设计方案的评价分析 2
14、道路几何设计方案的评价分析 3 交通工程理论研究 4 道路交通安全分析 5 新交通技术和新设想的测试 6 交通工程技术人员培训 仿真技术以其高效 优质 低廉体现了它强大的生命力和潜在的能力 在 国外交通仿真技术的研究和实用交通仿真系统的开发日益广泛 今天 中国的 交通仿真研究尚处启蒙阶段 因此 在一方面引进国外交通仿真软件的同时 很有必要在改变目前国内零散研究现状的同时 加强系统性的研制 开展国内 交通仿真系统的研究工作 2 研究思路 2 1 考虑道路交通仿真的研究阶段 道路交通仿真研究课题的复杂性决定了研究工作的长期性和分阶段性的特 点 结合国外交通仿真研究的发展历程以及国内的研究基础 可将
15、该课题的研 究分为两个阶段 即 第一阶段 适应常规交通系统方案评价需求的仿真系统的研究和开发 该阶段的研发工作是仿真系统研究的基础 其研究成果也最易实用化 由 于微观仿真技术最能体现交通仿真技术的优越性 对微观仿真模型的开发毫无 疑问应是研究的重点 从系统性研究的角度考虑 在模型开发方面应首先注重 建立较好的模型结构体系 以模型体系为框架先开发能反映常见交通现象的核 心模型 在核心模型的基础上再展开进一步的建模工作 另外 在仿真软件系 统的开发方面 应特别注重软件功能的可扩展性 第二阶段 适应智能交通系统 ITS 方案评价需求的仿真系统研究和开发 面向 ITS 应用是交通仿真技术更高层次的应用
16、 交通信息的充分利用是智 能交通系统有别于常规交通系统的显著特征 因此 仿真模型系统要适应智能 交通系统方案评价的需求 就必须增加对系统中围绕交通信息而产生的对象和 现象的描述 如车辆驾驶员对各种交通信息的利用方式 各种交通信息的收集 和传输方式 交通控制中心对交通信息的处理和加工方式等等 另外 还应展 开用于路网交通预测的中观或宏观交通仿真器的研究 2 2 考虑微观交通仿真模型的基本模块 城市道路微观交通仿真模型应包含五个基本模块 交通网络模块 交通需 求模块 车辆行驶模块 交通控制管理模块 仿真输出模块 各模块的基本内 容及功能描述如下 2 2 1 交通网络模块 路网模块是车辆运行的基本载体和平台 路网模块由道路几何设施 交通 检测和控制管理设施组成 I 道路几何设施由节点 路段 节段和车道构成 通过路网编辑器和 CAD 解释器 用户可以方便地构筑道路设施 车道 各种类型的交叉口 停靠站 人行横道等道路交通设施 2 交通检测设施包括各类检测装置 如采集网络中固定地点的交通量 占 有率 车速等指标的交通流传感器 采集车辆类型和车辆牌照等车辆属性的车 辆传感器 由调查车辆或检侧器获取诸
