篇一：国内交通仿真技术的探索
国内交通仿真技术的探索
摘要：仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及相应的软件为工具，通过虚拟实验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。目前，仿真技术被广泛应用于科学技术领域。基于我国目前城市轨道交通发展的需求分析及列车超速防护ATP 系统结构分析，提出ATP 仿真系统的开发目标与指导原则，以及ATP 仿真系统的结构与功能。
关键词：交通；仿真技术；城市轨道交通
随着计算机科学技术的高速发展，系统仿真技术和计算机技术紧密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒体技术和虚拟现实技术进行系统仿真的教学。仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点，是利用模型对系统进行研究的一门多学科综合性技术。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相联。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机技术则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
1仿真学科的理论体系
1.1相似理论
相似理论是研究事物之间相似规律及其应用的科学，是仿真科学的基本理论。其基本内容包括相似定义、相似定理、相似类型和相似方法。
1.2模型论
模型论是以各应用领域内的科学理论为基础，建立符合仿真应用要求的、通用的、各领域专用的各种模型的理论和方法。
1.3仿真系统理论
研究和论述构建符合应用需求的仿真系统理论和技术。包括仿真系统的体系结构和构成，仿真系统的设计及其公共关键技术，仿真系统的研制和运用仿真系统的规范、标准等。
1.4仿真方法论
结合各应用领域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理论、面向对象仿真方法、智能仿真方法等。
篇二：仿真技术在交通运输领域的应用
仿真技术在城市道路交通流上的应用
专业：交通运输091
姓名： 张宇楠
学号： 091202026
仿真技术在城市道路交通流上的应用 摘要：道路交通系统仿真是应用系统仿真技术研究交通行为，对交通运动随时间和空间的变化进行跟踪描述的技术。它在道路运输系统及其各组成部分的分析和评价中发挥着重要的作用。针对交通流仿真的热点，构建城市道路微观交通仿真模型框架，阐述模型的建模方法。在此基础上，运用面向对象思想和技术、动态内存管理和实时视景仿真技术开发了城市道路微观交通流仿真原型系统。介绍了该原型系统软件的体系结构及关键技术。 关键词：微观交通流仿真；车辆行为模型；视景仿真 1 系统仿真计算机
系统仿真计算机是系统仿真的主要工具和表现形式，其发展水平成为系统仿真能否实现的关键。仿真计算机的发展经历了模拟计算机仿真、混合计算机仿真、实时仿真数字机（通用计算机）、分布交互仿真阶段，其中最后两个阶段是随着信息技术特别是网络技术的发展而逐步发展的。
电子模拟计算机是利用具有各种数学特征的典型电路，组成各种典型的基本运算部件（如加法器、乘法器、积分器）；这些基本运算部件的输入和输出是电压，它们之间可以连接起来以完成更复杂的数学运算。因此用模拟计算机研究仿真一个系统，只要研究这个系统的数学模型即可。电子模拟计算机是一个并行运算的机器，也就是说其所有的运算同时进行，所以又称并行处理器。
一个典型的电子模拟计算机主要由运算部件、开关及无限网络、状态控制部件、排题版、系统设计部件、显示设备及电源组成。运算部件是以高增益、高频响、低噪声、低漂移、深度负反馈的高质量运算放大器为核心，配合不同的外围网络和控制组件，构成不同组建的运算器，包括加/减、乘/除、积分、函数等。
混合模拟计算机是在模拟计算机中加入大量的数字逻辑部件、模拟开关及模拟/数字混合式部件（如数控系数器、数控积分器、数控函数发生器等）的一种计算机。混合模拟机不仅能完成原有模拟机功能，而且具有迭代运算和描述混合系统模型的能力，其中混合模拟机的自动参数、曲线和统计寻优功能是系统研究、系统设计的有力工具。混合计算仿真是由模拟机/混合模拟机、数字机及其接口设备组成的多台大规模计算机系统，其中数字计算机用于执行存储、高精度运算等更高级的任务。
随着计算机技术与信息网络技术的发展，上述两种计算机系统不能适应系统仿真的需要，就产生了目前广泛使用的实时仿真数字机。
2 微观交通流仿真
随着计算机科学的飞速发展，交通仿真被越来越多地应用于交通系统分析研究和决策支持中。交通仿真可分为宏观仿真、中观仿真和微观仿真三类。其中，微观交通仿真系统能在单车级上模拟“人-车-路-环境”的相互作用关系，反映交通基础设施、交通管理手段、交通流控制策略等对交通流的影响。因此，微观交通仿真建模和系统开发成为国内外的研究热点。本文在对微观交
通仿真模型建模研究的基础上，利用面向对象开发工具和视景仿真环境，搭建一个微观交通仿真系统。该系统能为城市重点城区道路网的扩建改建、交通管理、交通控制方案的制定、交通事故研究提供仿真分析与评价的平台。
3 交通流仿真模型框架
与国外发达国家不同，我国的城市交通环境和驾驶员行为特性有其特殊性。目前，国内外尚无成熟的模型和工具来深入分析、研究我国的交通问题，因此，必须建立符合我国交通流特点的交通仿真模型。在此笔者提出如图1所示的微观交通仿真模型框架。
图1 微观交通仿真模型构成框架
其中：（1）路网描述模型和交通规则模型属于静态图1微观交通仿真模型构成框架模型，在进入仿真运算后，模型各参数不再发生变化。路网描述模型通过定义合理的结构体，从点、线、面3个层次来反映路网拓扑关系，几何特征等。而交通规则由于往往落实到车道的使用特性上，因此可以通过增加路网描述模型中相应的属性变量来反映。（2）车辆行为模型是整个仿真模型的核心，其有效性直接决定交通流仿真的精度。传统的车辆行为模型主要由跟驰模型和换道模型构成。在单车道或是在不允许超车行为的多车道上，位于后面位置的车辆受到跟驰作用的约束，只能跟着前车行驶。（3）动态路径选择模型可分为最优路径选择模型和交叉口转向行为模型。其中，最优路径选择模型用以选择旅行总时间最短、旅行花费最小或是旅途中交叉口最少的路线。为了便于评估交通诱导措施对机动车驾驶员行为的影响，本文采用的是动态最优路径选择模型。交叉口转向行为模型则根据路径选择模型的计算结果，确定车辆当前行驶方向和下一个路段行驶方向的相对位置关系，以便车辆在路口执行正确的转向操作。（4）机动车排放模型选取IVE模型，并对IVE模型本地化进行相关调查研究，主要包括：环境影响因素、I/M制度、燃油使用情况、车辆技术分布 情况等。
篇三：交通仿真技术在交通管理应用
浅谈交通仿真技术在交通管理应用
专业班级：交通091 学生姓名：吴俊喜
指导教师： 汪澎
摘要：随着汽车保有量的增加和道路资源的紧缺，交通管理在解决交通拥堵问题中处于越来越重要的地位。为了提高管理智能化水平，发展交通仿真技术对交通管理工作的应用，在总结国内外各类交通仿真项目实践经验的基础上，以一个正在实施的管理系统为例，介绍应用中动态交通仿真技术在交通管理中的应用。针对该系统应对路网中常见的各类突发事件，模拟事件发生前后对交通流的影响效果，并针对事件造成的拥堵建立多套交通响应预案，并根据结果对仿真应用进行优缺点分析和发展趋势分析，展示交通仿真技术的应用价值以及对交通规划和交通管理的意义，指出交通仿真技术的未来发展必然带来交通管理水平的新飞跃。
关键词：交通管理、交通仿真、交通流、交通响应
0 引言
随着城市的扩张和发展，交通系统的复杂度也逐步升级，影响交通系统的相关因素越来越多，各因素间的关联关系更趋复杂。大城市交通管理已经成为大城市日常运转中最难做好的工作之一。它的定位已经不仅仅是维护路口和道路的交通秩序、处理交通事故这些简单层面，而是向解决更高的路网拥堵治理和实现交通优化而努力。交通仿真是计算机技术在交通工程领域的一个重要应用，它不仅可以重复再现交通流随时空变化的运行态势，还可以对各种交通参数、经济参数和环境影响参数等进行单一参数分析或综合分析，以科学量化方式提供交通管
理的依据。交通仿真已经成为国内外处理复杂交通问题进行交通辅助决策的重要手段之一。目前，还没有一款软件是面面俱到、处处都有优势，这就需要交通管理部门在实现交通规划和交通工程项目仿真时，更多的加入人为的可控因素来实现交通仿真反应交通的现实行径。本文针对交通仿真技术，论述其作为交通管理辅助决策工具的应用及发展趋势。
1 交通仿真技术应用于交通管理
1.1交通仿真技术介绍
交通仿真是研究复杂交通问题的重要工具，尤其是当一个系统过于复杂，无法用简单抽象的数学模型描述时，交通仿真的作用就更为突出。交通仿真可以清晰的辅助分析预测交通堵塞的地段和原因，对城市规划、交通工程、和交通管理的有关方案进行比较和评价，在问题成为现实以前，尽量避免，或有所准备。
自20世纪60年代以来,随着计算机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道路交通现象的交通分析技术和方法。从试验角度看,道路交通仿真是再现交通流时间和空间变化的模拟技术。交通仿真作为仿真科学在交通领域的应用分支,是随着系统仿真的发展而发展起来的,它以相似原理、信息技术、系统工程和交通工程领域的基本理论和专业技术为基础,以计算机为主要工具,利用系统仿真模型模拟道路交通系统的运行状态,采用数字方式或图形方式来描述动态交通系统,以便更好地把握和控制该系统的一门实用技术。
1.2交通仿真常用的模型
1.2.1、基于交通分配模型里面的简单的流量时间延误函数被更复杂的仿真模型所替代，但仍然以传统的静态分配模型算法来取得路网上流量的分配，并没有对车辆行驶在时空上的分布给予充分考虑。这类模型的一个典型代表，也许就是著名的SATURN交通仿真分配模型。
1.2.2、基于动态交通分配的仿真模型。其典型代表包括DYNASMART，DYNAMIT，DYNAMEQ，和METROPOLIS等等。这些动态交通分配模型中，都用交通
仿真技术来求解某一出发时间、给定路线上的出行时间或费用。这类模型中，常用以流量速度函数为基础的中观仿真模型，采用循环反馈和时段推移的方法获得“均衡的”(equilibrium)或者是 “一致的”(consistent)流量分配结果。这一类型中的有些模型原本是为智能交通系统的实时交通管理和预测而开发的，但在交通规划中也有应用。
1.2.3模型主要是为解决在大范围交通网络上应用交通仿真而开发的微观交通仿真模型。这里虽然模型的总体仍然属于微观的范畴，因为车辆在路网上的移动考虑其所在车道及其位置，但为了提高模型的执行速度，其微观交通模型常作了一定的简化。如上述第二类模型中的DYNAMEQ，不仅采用了较为简单的跟车换道和交叉口的延误模型，而且用基于事件而不是时间的仿真算法。TRANSIMS借用Cellular Automata的概念将车道按平均车长均匀分格，试图把交通流在时空的演化转化为一个简单的整数问题，进行分布式的并行求解，以满足大范围交通规划对仿真模型计算速度的要求。
1.2.4交通仿真模型试图把不同类型的模型综合在一起，发挥不同模型的特长，在计算的速度和结果的精度两者之间适当取舍，在宏观层次上处理路径选择的问题，在微观层次上就重点研究地段进行较为详细的仿真。此类模拟按其结构形式又可分解为3种：外包式、交流式和整合式。外包式方法中交通分配模型和仿真模型是相互独立的，它把静态和动态交通分配模型的输出用作仿真模型的输入，对所选区域进行微观交通仿真。交流式方法把两种或更多种完全不同的仿真软件组合在一起，相互独立的仿真软件分别模拟网络中的不同区域(如项目和外围地区)或不同类型的系统(如高速和城市道路)，不同模型在所谓的“桥梁”节点交换车辆。整合式方法则把交通分配模型和不同类型的交通仿真模型有机组合，在一个统一的软件平台上，由用户根据具体项目的需要，就网络的不同部分选择适合的模型。因为“整合式”的多层次交通仿真模型可以使我们在用微观仿真模型详细模拟一个局部地区的同时，用宏观和中观仿真模型来模拟外围整个系统，而不是“只见树木，不见森林”或者“只见森林，不见树木”。整合式的交通仿真软件所具有的这种灵活性，在未来的城市交通规划中应该会逐渐得到更广泛的应用。
1.3交通仿真在交通管理中的应用
自20世纪90年代以后，欧美的交通系统已从建设阶段转向了管理阶段。Windows 操作系统的出现使大多数仿真软件实现了可视化操作，从而使得交通仿真技术在交通工程领域的应用更加直观。各种先进的交通管理理念和管理手段迅速发展，交通仿真技术在国内外交通管理决策中发挥的作用也逐步扩大。以荷兰 DHV 公司的相关项目为例，涉及到了微观仿真、中观仿真和宏观仿真各项技术，项目应用包括道路流量预测、交通需求中远期预测，静态交通管理规划方案评估、技术方案验证、交叉口评估以及利用交通仿真评估交通管理措施等方面，多数用于解决交通规划、交通预测和交通管理方面的问题。以目前交通仿真技术的发展，其主要作用分为以下几类：1.3.1交通流影响预测；1.3.2交通需求中远期预测；
1.3.3技术方案验证；1.3.4交叉口评估；1.3.5静态交通管理措施评估；1.3.6动态交通管理辅助决策。
综合考虑交通仿真技术特点和兼容性，以及目前计算机科学技术的发展，将仿真运用到交通管理中是目前亟待发展的课题。
2 以“利用中观交通仿真技术系统”为例介绍未来交通管理的发展
2.1系统功能介绍
该系统是应用中观交通仿真技术评估交通响应预案的交通辅助决策支持系统。系统能够在确定的路网范围内，针对路段上发生的事件引起的交通拥堵，对多套不同的缓解措施 ( 即交通响应预案) 的实施效果进行量化评估，使用者根据评估结果不断修改完善响应预案，并最终将优秀预案存储到预案库中，作为今后发生类似事件时的应对方案。由于该系统偏重考虑大区域交通流在短期内的态势，因此选择采用中观交通仿真技术对路网车辆的交通流量、速度、延误时间等重要指标进行计算。该系统以平常工作日无事故的平均交通流状态为基础模型，在此基础上可以建立事件模型和预案模型。预案模型中可以使用的控制类型包括室外交通诱导屏、交通信号配时和匝道出入口控制。其中交通诱导屏的控制类型包括 4 种: 拥堵警告、建议绕行、强制绕行和速度限制，每种控制类型对路网交通流的分流程度是不同的。最终达到交通仿真在交通管理中的辅助决策作用。
2.2管理系统组成
该系统主要由以下几部分构成：2.2.1一套路网级的建模及仿真平台（荷兰DHV公司开发的 Questor9. 0 仿真平台）2.2.2路网交通模型（在 Questor9. 0 平台上，根据实际路网情况建立的详细路网模型，包括道路线形及属性、各种静态和动态交通标志、标线、交通诱导信息、信号控制、匝道控制和出入口控制等）
2.2.3预案库系统（用于存储评估后的交通响应预案，以备调用及实施）2.2.4用户编制的交通响应预案。
2.3管理系统运行
该系统的应用分为预案编制和预案使用2个阶段。预案编制阶段是编制和评估交通响应预案的过程，预案使用阶段是指在发生某事件后，在线查找相应预案并实施到实际路网中的过程。基本步骤如下:( 1) 建立事件: 在模型中标定事件发生的地段，并输入事件发生时间、持续时长，严重程度等基本要素，形成事件模型。(2) 针对该事件建立交通响应预案: 操作人员选取控制点，即哪些交通诱导设备或者路口信号配时和出入口需要进行临时干预以疏导交通，综合考虑各种控制措施的效用，选择合理的控制点位和控制范围，输入控制措施，包括诱导屏的控制类型、发布拥堵信息或绕行措施，从而建立多套交通响应预案。(3) 选择评估区域: 评估区域是人为划定的交通理者最为关心的、希望获得交通评估数据的区域，一般是事件造成的交通拥堵影响最直接的道路区域，如事件所在道路的上游路段及其连接线道路。(4) 仿真评估并比较评估结果: 此步骤由系统仿真模块完成，系统将计算整个仿真时段内所有车辆的运行数据，包括每辆车从出发到仿真结束所经过的每条路段和节点及其速度、停车时间等各项数据，记录了每辆车的整个运行过程。（注：在预案使用阶段中，当路网中有事件发生需要采取临时控制措施时，交通指挥人员立即通过系统的预案查询功能准备调用跟该事件相对应的交通响应预案，并将预案中规定的控制方法通过路网的交通控制硬件系统付诸实施，发挥预案的作用，及时缓解事件造成的拥堵。）
2.4系统应用优势及局限
该系统利用交通仿真技术，通过预先制作和评估交通响应预案，得到较优预案，对路网中交通事件造成的拥堵给出预案建议。其优点在于该系统实现了区域化交通运行管理，结合不同方案对区域交通的综合影响评价，这是人工评估难以做到的。该系统提高了方案评估的水平和可靠性，避免由人工制定预案可能造成
《交通仿真技术》
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