交通仿真技術(shù)(完整資料)

最新整理，下載后即可編輯】交通仿真技術(shù)摘要：運用現(xiàn)代計算機技術(shù)反映復雜交通現(xiàn)象的交通分析技術(shù)和方法。再現(xiàn)交通流時空變化的模擬技術(shù)，利用計算機對交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、行為以及參與具體的控制者——人的思維過程和行為特征進行模仿。分析交通系統(tǒng)在各種設(shè)定條件下的可能行為，以尋求現(xiàn)實交通問題最優(yōu)解的一種手段，也是評價運輸設(shè)施各類運用設(shè)計方案效果的有效方法。交通仿真的發(fā)展和現(xiàn)狀一、國外交通仿真的發(fā)展第一階段：20世紀60年代這一時期的交通仿真系統(tǒng)主要以優(yōu)化城市道路的信號設(shè)計為應用目的，因而宏觀交通仿真模型被廣泛使用，但模型的靈活性和描述能力都較為有限，加上當時計算機性能較低，所以仿真結(jié)果的表達也就不夠理想。在這個階段，最具代表性的模型有：英國道路與交通研究所（TRRL）的D.L.羅伯遜于1967年開發(fā)的道路交通流仿真軟件TRANSYT。它主要用于確定定時交通信號參數(shù)的最優(yōu)值；Gerlough在1963年建立的用于道路網(wǎng)絡(luò)信號配置的TRANS模型；美國聯(lián)邦公路局（FHWA）1956-1966年研制的SIGOP仿真系統(tǒng)。第二階段：二十世紀70至80年代隨著20世紀80年代末和90年代初國外工TS研究的日益熱門，世界各國都展開了以ITS為應用背景的交通仿真軟件的研究，交通仿真研究達到前所未有的高，出現(xiàn)了一大批評價和分析ITS系統(tǒng)效益的仿真軟件系統(tǒng)。這階段由于計算機的迅速發(fā)展，計算機仿真模型的精度也得到了提高，功能也更加多樣化了。同時，微觀交通仿真模型也得到了較大的發(fā)展。這期間的典型代表軟件有：開岌時間開發(fā)者描述社個午輛運勵，二十美閩1俄邦公型應用時間掃描法的網(wǎng)絡(luò)徵觀交通仍貞匕十年代路局UTCS-J模型描述個別車輛送動1971E.KLiefermonMISTRAN模型餅旳托右轉(zhuǎn)牟輛與橫宋道躋的半行者2間的櫛燈第響1974口木科學警察研宛所農(nóng)觀模型用于平面交叉口交通倍呂揑制1OT6英冋利茲人學開發(fā)第三階段：二十世紀80年代末以來隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)技術(shù)的進步，20世紀80年代末以來，ITS成為了國外研究的熱點，世界各國都展開了以ITS為應用背景的交通仿真軟件的研究與開發(fā)，從而出現(xiàn)了一大批評價和分析ITS系統(tǒng)效益的仿真軟件。二、國內(nèi)交通仿真的發(fā)展與國外相比，由于我國交通國情的限制，長期以來交通仿真并未引起有關(guān)部門的重視，隨著ITS在世界各國研究的廣泛開展，我國交通界認識到了在我國開展ITS研究的重要性。與此同時，作為ITS核心技術(shù)之一的交通仿真也受到了極大的關(guān)注。20世紀90年代以后，國內(nèi)交通工程界逐漸注意到交通仿真研究的重要性，但從總體上來看，現(xiàn)在國內(nèi)的交通仿真研究多是“各自為政”式的自主開發(fā)，而沒有更多的聯(lián)系與合作，顯得比較零散，往往只局限于對單一問題的研究解決，很少從整個交通環(huán)境的大系統(tǒng)來考慮，比如對多車道通行能力的仿真研究、高速公路入口匝道范圍的仿真、信號交叉口的組織優(yōu)化、超車模型和車道變換模型的仿真研究等等。三、交通仿真技術(shù)進展從技術(shù)角度看，離散事件仿真是最成熟、應用最廣泛的仿真技術(shù)。有約束規(guī)劃算法有約束規(guī)劃在交通信號控制參數(shù)優(yōu)化、時刻表編制、路徑尋找等領(lǐng)域中得到應用。模糊邏輯模糊邏輯是將某一給定范疇從傳統(tǒng)的“全真”、“全假”模式擴展到“部分真”的中間模式的理論。定性模型定性模型也叫定性推理，產(chǎn)生于20世紀80年代；定性模型主要用于宏觀仿真，在網(wǎng)絡(luò)管理、高速公路仿真、城市仿真領(lǐng)域已有應用。虛擬現(xiàn)實VR需要運用計算機處理能力、圖形顯示系統(tǒng)、視頻與音頻仿真、人機界面等技術(shù)?？梢苑譃樗念悾鹤烂嫣摂M系統(tǒng)，即利用基于個人計算機建立桌面虛擬系統(tǒng)；環(huán)境虛擬系統(tǒng)，即在一個封閉的房間里采用墻、天花板與地板等來表達感覺；虛擬現(xiàn)實模擬器，將交互可視模擬作為研究、驗證、檢驗與培訓手段，結(jié)合再現(xiàn)運動的技術(shù)，它們成為目前虛擬現(xiàn)實條件下最富有真實感的方法；3D虛擬系統(tǒng)，在這種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用戶感覺成為3D環(huán)境內(nèi)部的一部分，與用戶的交互是無縫且透明的。相對而言，桌面虛擬系統(tǒng)中用戶的感覺則是外部的。地理信息系統(tǒng)(GIS)地理信息系統(tǒng)是一種可以對空間數(shù)據(jù)及其相關(guān)屬性數(shù)據(jù)進行分析和管理的決策支持系統(tǒng)，它可以全面管理交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，起到專家系統(tǒng)的作用。遺傳算法遺傳算法(GA)是一種從“適者生存”的自然進化原理演變而來的、基于隨機的搜索技術(shù)。遺傳算法適合那些有可計算指標的優(yōu)化問題。GA在交通中的最近應用包括三方面：交通信號的優(yōu)化與近似優(yōu)化；交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計問題；動態(tài)交通分配問題。目前，在微觀仿真的交通模型中，遺傳算法已成功應用到路徑的動態(tài)交通分配。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在描述交通系統(tǒng)中那些難以用邏輯或數(shù)學方法處理的模型時作用尤為突出，如交通中的非線性現(xiàn)象，駕駛員行為分析，擁擠交通狀態(tài)下的復雜時空關(guān)系分析，交通控制與圖像處理等。離散事件并行處理并行處理是指在一臺并行計算的計算機上運行仿真程序。交通仿真在交通分析中的必要性交通系統(tǒng)是一個涉及駕駛員—車輛—道路—交通環(huán)境相互作用的復雜系統(tǒng)，既有其確定性的一面，又有隨機性的一面，同時還有人的行為因素的影響。一、 計算機仿真的優(yōu)越性可以求解許多復雜而無法用數(shù)學手段解析求解的問題；可以預演或再現(xiàn)系統(tǒng)的運動規(guī)律或運動過程；可以對無法直接進行實驗的系統(tǒng)進行仿真實驗研究，從而節(jié)省能源和費用。二、 為什么用交通仿真由交通現(xiàn)象的復雜性決定在我國大中城市的交通系統(tǒng)，相比較國外的交通系統(tǒng)，其特殊性可以概括為高密度、單層次的機動車和大量非機動車的混合交通，表現(xiàn)為：自行車和公交車在出行中所占比例大；路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，交叉口密集；市區(qū)人口密度大，出行需求高度集中。方案評價的需要交通仿真評價的優(yōu)點:交通仿真具有低成本、可重用、可控制等優(yōu)點，在仿真環(huán)境中可以構(gòu)建現(xiàn)實中難以實現(xiàn)甚至無法實現(xiàn)的系統(tǒng)方案比選優(yōu)化的需要在對不同方案進行選擇時，往往缺乏一個共同的評價標準和體系。交通仿真系統(tǒng)則可為不同方案提供一個公共、相對客觀的評價平臺三、交通仿真的步驟明確問題。對擬要研究的問題進行詳細的了解和描述，明確研究目的，劃定系統(tǒng)的范圍和邊界，以便對各種交通分析技術(shù)的適應性作出判斷。確定仿真方法的適用性,選用合適的仿真工具問題的系統(tǒng)化.構(gòu)造一個仿真模型的第一級流程圖，其中包括輸入、處理、輸出三個組成部分數(shù)據(jù)的收集和處理建立數(shù)學模型.由第一級流程圖出發(fā)，采用自上而下循序漸進的方法：建立第二級流程圖，確定構(gòu)成處理過程的主要模塊及其相互關(guān)系、每一模塊的輸入和輸出；建立第三級流程圖，對每一個模塊的功能進行詳細的描述。參數(shù)估計。模型中的參數(shù)有兩種基本類型，即確定型和隨機型。對于隨機型參數(shù)，除給出它的均值和方差外，還要指出其分布形式。模型評價。確定流程中是否出現(xiàn)中斷或回路、檢驗數(shù)據(jù)輸入的適應性和取值范圍、檢驗輸出結(jié)果的合理性。其次，還需要做出一些判斷，如是否修正一些變量或參數(shù)，是否對模型的結(jié)構(gòu)進行修改等。若模型本身被拒絕，則需要返回第3或第5步驟，甚至返回第2步驟，以至于可能放棄系統(tǒng)仿真方法。編制程序。一旦所建的模型被接受，便可著手編制計算機程序。模型確認。模型確認包括三項內(nèi)容，即模型校核、模型標定和有效性檢驗。模型校核的目的是確認程序代碼所執(zhí)行的正是流程圖所規(guī)定的任務(wù)，并不涉及擬研究的實際問題。模型標定是以一部分現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)作為輸入，檢驗輸出結(jié)果是否與實際的觀測結(jié)果相吻合，若不一致，則需調(diào)整參數(shù)直至與實際情況相吻合。有效性檢驗是將其余未使用的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)輸入仿真程序，并將計算結(jié)果與相應的觀測結(jié)果進行比較。9.實驗設(shè)計。一旦仿真程序通過了有效性檢驗，便可制定一個詳細的實驗方案進行仿真實驗。仿真結(jié)果分析。這一步驟包括三項工作內(nèi)容，即仿真運行、結(jié)果分析和形成文檔。交通仿真的分類及其應用根據(jù)交通仿真模型對交通系統(tǒng)描述的細節(jié)程度的不同，交通仿真可分為宏觀仿真、中觀仿真和微觀仿真，交通仿真軟件也可相應地分為這3類一、微觀交通仿真軟件微觀交通仿真模型其對交通系統(tǒng)的要素及行為的細節(jié)描述程度最高。例如，微觀交通仿真模型對交通流的描述是以單個車輛為基本單元的，車輛在道路上的跟車、超車及車道變換行為等微觀行為都能得到較真實的反映。微觀交通仿真模型以跟車模型為基礎(chǔ)，追蹤每個車輛的移動過程。在微觀模型中，車輛的移動由駕駛員的特性、車輛性能、車輛周圍的環(huán)境和道路幾何條件來決定。微觀交通仿真對交通系統(tǒng)的要素和行為的細節(jié)描述程度最高。包括三個重要方面：車輛移動基本規(guī)則（跟車模型與換道模型）、服務(wù)優(yōu)先規(guī)則和信號約束規(guī)則。二、中觀交通仿真軟件中觀交通仿真模型（或準微觀模型）其對交通系統(tǒng)的要素及行為的細節(jié)描述程度較高。例如，中觀交通仿真模型對交通流的描述往往以若干輛車構(gòu)成的隊列為單元的，能夠描述隊列在路段和節(jié)點的流入流出行為，對車輛的車道變換之類的行為也可以簡單的方式近似描述。三、宏觀交通仿真軟件其對交通系統(tǒng)的要素及行為的細節(jié)描述處于一個較低的程度，例如，交通流可以通過流密速關(guān)系等一些集聚性的宏觀模型來描述，象車輛的車道變換之類的細節(jié)行為可能根本就不予以描述。

宏觀交通仿真著重從全局角度來研究系1處于最低的程度宏觀交通仿真對交通系統(tǒng)的要,交宏觀交通仿真著重從全局角度來研究系1處于最低的程度宏觀交通仿真對交通系統(tǒng)的要,交宏觀交通仿真通過流量-密度關(guān)系來控制交通流的運行，模型中不追蹤單個車輛的移動，對于車輛換道之類的細節(jié)行為可能根本不予以描述。宏觀仿真所需計算機內(nèi)存，計算速度快。相對而言，宏觀仿真模型缺乏對道路橫縱斷面變化和交通控制與管理特點變化的考慮，對于各個車輛的隨機性影響得不到考慮，計算不出各個車輛的交通參數(shù)，對于交通狀態(tài)變化的的動態(tài)過程缺乏清晰描述。宏觀仿真適用于道路網(wǎng)交通狀態(tài)研究。宏觀仿真適用于道路網(wǎng)交通狀態(tài)研究。微觀仿真模型雖可以研究交通運營過程，評價各類新