[工学]第二章_交通仿真技术基础

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1、1第二章交通仿真基础2交通仿真运用现代计算机技术反映复杂交通现象的交通分析技术和方法。再现交通流时空变化的模拟技术，利用计算机对交通系统的结构、功能、行为以及参与具体的控制者——人的思维过程和行为特征进行模仿。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。3交通分析技术和方法经验实测法数据来源于现场，可信度高，不需要假设条件，但个别因素的影响很难确定，受环境等外界因素影响干扰大。需要大量实测数据，结论可移植性差。理论分析法对个别因素的影响有明确数量关系，需要采取基本假设，与实际存在偏差。系统仿真法模型

2、是理论推演、抽象出来，基本数据来自现场实测。4交通仿真在交通管理中的应用5交通系统仿真的特点仿真对象仿真建模仿真编程仿真试验仿真结果6仿真对象由人、车、路和环境等组成的交通系统；随机、动态、开放和复杂等特点；交通的产生由人们的出行愿望决定；动态过程；影响因素很多；受外部因素影响很大。7仿真建模建模复杂。仿真模型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处理。交通系统只能做符合条件而不是符合实际的描述。8交通仿真模型分类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（轨道）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。对交通系统的仿真研究可以分为三个层

3、次：宏观交通仿真、中观交通仿真与微观交通仿真。微观交通仿真通过考察单个驾驶员和车辆的及其车辆相互作用特征赖描述系统状态，宏观交通仿真通过考察交通流特征，即车队的“平均”行为来描述系统状态。9宏观交通仿真宏观交通仿真着重从全局角度来研究系统特性，对交通系统的要素和行为的细节描述处于最低的程度。宏观交通仿真模型中，交通流的运动按照流体机制来处理。宏观交通仿真通过流量-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，对于车辆换道之类的细节行为可能根本不予以描述。宏观仿真所需计算机内存，计算速度快。1011微观交通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，

4、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。微观交通仿真对交通系统的要素和行为的细节描述程度最高。包括三个重要方面：车辆移动基本规则(跟车模型与换道模型)、服务优先规则和信号约束规则。微观交通仿真12微观交通仿真适用于动态交通现象；当交通流中人－车单元作为系统的主要考察对象；对瓶颈路段进行研究时，大型车比例较高，或车流量变化非常大；交叉口交通状况研究。1314相对而言，宏观仿真模型缺乏对道路横纵断面变化和交通控制与管理特点变化的考虑，对于各个车辆的随机性影响得不到考虑，计算不出各个车辆的交通参数，对于交通状态变化的的动态过程缺乏清晰描述。宏观仿真适用

5、于道路网交通状态研究。宏观仿真适用于道路网交通状态研究。微观仿真模型虽可以研究交通运营过程，评价各类新的交通控制与管理技术的利弊，但对复杂的实际网络的适用性稍差。中观交通仿真模型既可以描述宏观交通流模型中采用的时间与空间维状态特性(如密度、流量与速度)，又可以保留微观模型中的核心数据，如特性各异的单个车辆的运行结果，如实际速度、旅行时间和旅行距离等。15交通规划仿真基于交通规划“四阶段”模型，对区域内出行者的出行行为进行仿真，用以评价交通线网、路网，属于更大尺度的宏观仿真。16国外交通仿真研究概况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

6、会(SocietyforComputerSimulation)，推动了仿真技术在美国的发展和应用。20世纪60年代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，这也是当时的计算机性能决定的。17国外交通仿真研究概况20世纪70～80年代大多数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、短车道溢出等，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

7、可描述诸如油耗、废气排放等指标。另外，模型对道路几何条件的描述也日益灵活。20世纪80年代末至现在随着20世纪80年代末和90年代初国外工TS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，交通仿真研究达到前所未有的高，出现了一大批评价和分析ITS系统效益的仿真软件系统。18交通仿真系统发展趋势应用规模和范围扩大新的仿真方法与技术涌现计算能力增强编程方法改进表现方法丰富开放的仿真环境建立控制系统仿真、交通需求仿真面向智能交通仿真系统的开发19交通仿真技术进展从技术角度