道路交通仿真模型与方法概要
99页1、1,第六章 道路交通仿真,北京交通大学交通运输学院 丁勇 ,2,引言,交通仿真是研究运用现代计算机技术再现实际交通系统的特性、分析交通系统在各种设定条件下的可能行为以寻求现实交通问题最优解的一种手段,也是评价运输设施各类运用设计方案效果的有效方法。 美国是仿真技术及系统发展最快、应用最广泛的国家。1967年,美国成立了计算机仿真学会(Society for Computer Simulation),推动了仿真技术在美国的发展和应用。 仿真追求的两大目标是大型网络与巨量交通流量,要在道路网络内建立能够兼顾宏观与微观模型优点的交通流动态运行模型。,3,对交通系统的仿真研究可以分为三个层次:宏观仿真、中观仿真与微观仿真。 宏观仿真着重从全局角度来研究系统特性。宏观仿真模型中,交通流被视为一个可压缩的媒体或流体,交通流的运动按照流体机制来处理。宏观仿真通过流量-密度关系来控制交通流的运行,模型中不追踪单个车辆的移动。 微观仿真模型以跟车模型为基础,追踪每个车辆的移动过程。在微观模型中,车辆的移动由驾驶员的特性、车辆性能、车辆周围的环境和道路几何条件来决定。 微观模型包括三个重要方面:车辆移动基
2、本规则(跟车模型与换道模型)、服务优先规则和信号约束规则。,4,国外道路交通仿真系统,20世纪60年代以来,国外交通仿真系统得到了较大发展。目前,公开发表的道路交通仿真软件已有近百个,有一定应用的软件系统也有数十个。 交通仿真软件的新用途是为智能交通系统(ITS)提供论证手段。ITS应用的一个重要特点是要考察整个网络的全局效果,近年来,针对ITS开发的软件主要有DYNASMART、VISSIM、INTEGRATION、MITSIM、THOREAU、TRANSIMS、WATSIM与PLANSIM-T。,5,交通仿真系统的用户群分类,基础设施的运营者与决策者 地方、公路交通部门当局(政府) 私人停车经营者 公交经营者 车辆控制 驾驶员与乘客 各类货物运输者与货主 设计与咨询机构,6,通用交通仿真软件,要在参考前人文献和研究现有模型的基础上,确定系统的总体设计思想和要达到的主要目标 ; 需要开发具有个性的模型,以实现新的功能或纠正已有模型的缺陷 ; 要对模型所用的参数进行校验和调整,得到符合应用地区的模型和参数。,7,研究型和商业型交通仿真软件的区别,研究型的软件主要是给开发者自己用的,而商
3、业型的软件是给用户用的,两者的区别并不在于是否市场上有得卖。 研究型的软件强调的是想法和模型的创新,而不是软件的用户界面和使用价值。 商业软件的基本要求是:包罗最新交通仿真模型,研究证明了的先进功能和竞争产品所具有的主要功能;能够切实为交通规划和交通工程人员提供一个解决实际问题的仿真工具;提供适用的用户界面和数据接口,方便大多数用户以较低成本把仿真模型作为他们的一种分析工具。,8,9,微观交通仿真软件的适用范围,10,Single Road (SR) Regional (R) Corridor (CO) Project Board (PB) Intersection (I) City (CI) State Wide (SW),11,12,13,14,15,16,应用规模,大部分软件可在PC机或UNIX系统上运行。有个别在VAX 和RE6000机以及SUN机上运行。 微观仿真模型应用规模取决于计算机性能。 小规模:20km, 50个节点, 1000辆车; 大规模:200以上节点, 数千辆车; MICROSIM、PLANSIM-T与PARAMICS可以模拟3000个节点、100万辆车(需用
4、到并行计算机)。 计算速度取决于路网大小和计算机性能。一般来说仿真软件的运行速度为实际时间的15倍。更快一些可达到1520倍,但也有慢于实际时间的。,17,微观仿真软件能够描述的交通现象,18,微观仿真软件能描述的交通控制和管理方式,固定信号控制、自适应控制、匝道汇入控制、静态路径诱导、动态路线诱导、事故处理、公交车优先控制、可变标志控制、收费口、自动道路系统、无人驾驶车辆、停车地诱导等。,19,微观交通仿真系统的功能要求(1),建立和处理不同形式的路网,清晰地表现路网的几何形状,包括交通设施; 产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速度等,获得交通流各种统计数据; 处理车辆在路网上的运行情况,准确反映出车辆间的相互作用; 处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点; 跟踪路网内行使的任一辆车,真实地模拟交通控制策略。,20,微观交通仿真系统的功能要求(2),模拟先进的交通管理策略; 提供与 外部应用程序交互的接口; 模拟动态车辆诱导,再现被诱导车辆和交通中心的信息交换; 应用与一般的路网,包括城市道路和城市间的高速公路; 仿真路网交通流的状况; 模拟公共交通; 提供结果分析的工具和
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