交通系统仿真技术

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1、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儿个词的概念。“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”。根抑“国际标准化组织(ISO) 标准”中数抑处理词汇部分名次解释，“模拟(SimuMtion)”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, 主耍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

2、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 联系乂相互作用着的对象Z间的有机结合。这种比较概括的含义包含所有丁程的 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，其中最重耍的一 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R的在于对现有系统或未來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，而是人们早己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

3、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Z成为辅助决策的重耍手段z-o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 木特征，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，

4、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來研究交通行为，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，可以是閑观的，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、

5、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 价中发挥着重耍作用。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，可以对多种因索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、线控或而控的交通信号 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 外，交通系统仿真还可以用来分析和评价交通集散地，如停车场中转站、机场等 的规划设计及运行状况。当然，交通系统仿真不仅限丁道路运

6、输系统，在具他运输系统中也得到了广 泛的的应用，如公共交通系统、轨道交通系统、航空运输系统、水运系统、行人 交通系统、传送带运输系统等。相对于其他交通分析技术，交通系统仿真技术具有许多优点，女lb1 不需耍真实系统的参与，因此具有经济方便的优点，特别适合用于对尚不 从在的，如规划中的交通系统行为的研究。2通过系统仿真，能清楚地了解到交通流中那些变量是重要的，以及它们是 如何相互作用的。3不仅能提供交通流参数的均值和方差，还能提供时间一空间的序列值。4系统动态模型的时间标尺可以与实际系统时间标尺不同，因此即可进行实 时仿真，乂可以进行欠时仿真或超时仿真。5对于交通系统中的某些危险情况或灾难性后果

7、，系统仿真是很有效的研究 手段，如道路交通事故的仿真研究等。6.能重复提供同样的交通道路条件，从而可以对不同的规划设计方案进行公 正的必选。7 能不断改变系统运行条件，从而可以预测道路交通系统在各中情况下的行 为。&能够随时间和空间改变交通需求，从而对道路交通拥堵做出预报。9能够处理相互影响、相互作用的复杂的排队过程。10当交通到达和离去方式不服从传统的数学分布时，可以用系统仿真来解 决。11.当其他的交通分析技术不适用时，系统仿真往往能有效地解决问题。 尽管交通系统仿真技术有许多优点，但它绝不是包治白病的灵药，也有许多 缺陷和局限性,如:1 仿真模型需要大量的输入数据，对于某些实际问题，这些

8、数据很难或根本 无法获得。2仿真模型需耍验证、标定、进行有效性检验，如果忽视了这一点，仿真结 果将会失实。3建立仿真模型不仅需要大量的知识，如交通流理论、计算机程序设计、概 率论、决策论、统计分析等等，而且需要对所研究的道路交通系统有充分的了解。4 一些仿真软件的使用者只懂得简单的套用其数拯模型，而对丁模型的限制 条件和基本假设并不清楚，或将其视为“黑箱”，对其含义并不了解，这将极可 能导致错误的结论。交通仿真的一个重耍环节是建立被仿真系统的数学模型，可以说，仿真实验 的成败取决于模型的质量。而对于我们所学的交通系统仿真技术这门课程， 主耍内容是耍掌握VISSIM这款交通系统仿真软件，这里不对

9、数学模型进行深入 学习0交通系统仿真与i般的系统仿真方法相比，除具有许多相同特征外，在仿真 对象、仿真建模、仿真编程、仿真实验和仿真结果等方面还有不少特殊Z处。1 仿真对彖交通系统仿真的对象是道路交通系统。由交通工程学的基本原理可以看岀， 道路交通系统是一个随机的、动态的、复杂的、开放的系统，涉及到人、车、路 及环境等多方面。首先，交通的产生是由人们出行愿望决定的。具次，交通的运行时一个动态过程，无吋无刻都在随着时间和空间的变化而 变化，而且这种变化乂是随机的。再有，影响道路交通状况的因素众多，这些因素Z间的关系乂十分复杂。最后，道路交通系统还受许多外部因素影响，如天气状况、环境条件、临时 交

10、通管制等，具有很强的开放性，并且系统的边界很难确定。由丁 通紊统仿真的对象具有上述特征，使得构建仿真模型的丁作变得十分 困难。常用的仿真模型往往建立在大量严格的边界条件约束下，对系统进行线性 或近似线性处理，因此对道路交通系统只能做符合条件而不是符合实际的描述， 这显然是无法满足耍求的。在这种情况下，采用微观的建模思想，以道路交通系 统中相对独立的实体或行为作为建模对象，以道路交通系统中相对独立的实体或 行为最为建模对象，來描述各实体的行为及相互作用可能更加合理可行。而交通系统仿真的实体可以是真实物体，如道路和车辆；也可以是意义明确 的数据集合体，如交通规划等。实体对象分为静态和动态两类，静态

11、对象如道路 和交通规划等，在一次仿真运行开始后，对象参数不再发生变化；动态对象如汽 车和控制信号，在系统中收到其他因素的影响和制约，随时发生变化。在不同的 初试状态和随即的用户输入条件下，各实体模型相互制约和作用的集合构成系统 行为。3仿真编程由于交通系统仿真对象自身的复杂性，随着人们对仿真过程直观性要求的日 益增长，通用编程语言将更多地用丁交通系统仿真程序的开发。4 仿真实验交通系统仿真技术常常用来对不同的道路新建或改建方案进行评价和比选， 这就要求仿真实验过程反复提供同样的交通条件和环境条件，检验方案在通等条 件下的运行状况。另外，由丁交通系统仿真对象具有很强的随机性，而利用仿真模型真确地

12、描 述这种随机性往往是十分困难的，为检验和预见系统在某些突发事件如交通事 故、车辆故障等影响下的状态，在仿真实验过程中直接加入施加人工干预，例如 用鼠标在显示器上直接将某辆车设为故障车，将会使研究工作变得十分简便。这 就要求交通系统仿真程序应具有更加有好的人机交互界面。5任何系统仿真研究的冃的都是通过实验结果来推断被仿真的真实系统或 假想系统的状态，而仿真模型的质量对于推断结论的正确与否起着决定性作用。 由于交通系统自身的复杂性，使得仿真建模时的抽彖或简化尺度很难把握，如杲 处理不当，则会造成建模的“失真”。这一问题通常有两种解决办法，其一是仿 真实验开始前对模型进行标定；其二是仿真实验完成后

13、对模型进行有效性检验， 而后者尤具重要，也尤其困难。因此，对于仿真实验结果应采取审慎的态度对待, 通常情况下，要根据所论问题的具体情况，与具他定性的活定量的分析方法结合, 推断岀被仿真的真实系统或未来系统的状态。交通系统仿真的对象是含有多种随机成分和齐种逻辑关系的发杂的交通系 统，因此，它本身就是一个复杂的系统丁程。它包括问题分析、模型建立、数据 采集、程序编程、仿真运行、输出结果处理等工程，必须按一定的程序和步骤进 行。第一步：明确问题交通系统仿真的第一个步骤是对你要研究的问题进行详细的了解和描述，明 确研究冃的，划定系统的范围和边界，以便对各种交通分析技术的适应性做岀判 断。第二步：确定方

14、针方法的适用性这一步工作的核心是确定在各种交通系统分析技术中，系统仿真对于所论问 题是最适宜的方法。应该回答的问题有：1 如果不用仿真方法，所论问题如何解决？2 为什么仿真方法可以较好地解决所论的问题？3 是否有仿真研究所需求的足够的时间和物质支持？4 所论问题是否真的可以解决？第三步：问题的系统化一旦确定系统仿真对于所论问题是最好的解决方法，就要着手构造一个仿真 模型的第一级流程图，其中包括输入、处理、输出三个组成部分。第四步：数据的收集和处理这一步的工作主耍内容是根拥输入和输出要求收集和处理所需的数据。为 此，应当制定观测计划，确保满足最小样本量耍求，以便模型进行标定和有效性 检验。第五步

15、：建立数学模型通常采用自上而下循序渐进的方法进行。第一级流程图岀发，建立第二级流 程图，再建立第三级流程图。第六步：参数估计模型中的参数有两种基木类型，即确定型和随机型。确定型参数可以是常数, 也可以根据系统状态不同而不同。对丁随机参数，除给出它的均值和方差为，还 耍指出其分布形式。第七步：模型评价这一步的首耍任务是对所建模型的各种可能情况进行手工计算，其次，还耍 做出一些判断。第八步：编制程序一旦所建的模型被接受，便可着手编制计算机程序。第九步：模型确认模型确认包括三项内容，即模型校核、模型标定和有效性检验。第十步：实验设计所谓实验设计指的是制定一个详细的实验方案，通常包括如下内容：1 选择控制变量。2 确定每个控制变量的限制条件或边界条件。3确定每个控制变量的步长。4确定控制变量的层次结构，可考虑先改变初级控制变量，而保持次级变量 为常数。5 如何通过仿真程序中的循环语句自动改变初级控制变量的取值。6 如何通过仿真中的搜索子程序自动确定最佳条件。第十一步：仿真结果分析这一步包括三项工作内容，即仿真运行、结果分析和形成文档。以上便为开发系统仿真程序的一般步骤，当然，这十一个步骤并不是一成不 变的，要根据情况灵活掌握。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 和分析齐种交通条件下（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