交通仿真學習心得

1、交通系統(tǒng)仿真技術(shù)實驗報告班級：交通 10-03 學號： 311002030318 姓名:王文博交通系統(tǒng)仿真技術(shù)學習學習交通系統(tǒng)仿真技術(shù)首先要了解幾個詞的概念。 “仿真”是對真實事物的 模仿，仿真一詞另外一個常見的提法是“模擬” 。根據(jù)“國際標準化組織( ISO) 標準”中數(shù)據(jù)處理詞匯部分名次解釋， “模擬( Simulation )”與“仿真 (Emulation )”兩詞的含義分別為： “模擬”即選取一個物理的或抽象的系統(tǒng)的 某些行為特征， 用另一系統(tǒng)來表示他們的過程； “仿真” 即用另一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 主要是用硬件來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 以至于模仿的系統(tǒng)能像被 模仿的系統(tǒng)一樣

2、接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。 “系統(tǒng)仿 真”則是模仿現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)運行狀態(tài)的一種技術(shù)手段。 “系統(tǒng)”是指相互 聯(lián)系又相互作用著的對象之間的有機結(jié)合。 這種比較概括的含義包含所有工程的 及非工程的系統(tǒng)。 機電、電氣、水力、聲學系統(tǒng)等都屬于工程系統(tǒng)； 社會、經(jīng)濟、 交通、管理系統(tǒng)等都屬于非工程系統(tǒng)。 系統(tǒng)的分類方法有很多， 其中最重要的一 種分類方法就是按其狀態(tài)變化是否連續(xù)分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)兩種。系統(tǒng)仿真研究的目的在于對現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的行為進行再現(xiàn)或預先把 握。其實系統(tǒng)仿真并不是什么新概念， 而是人們早已廣泛應用的研究方法， 通過 在計算機上進行的仿真實驗， 可以得

3、到被仿真的系統(tǒng)動態(tài)特征， 估計和評價現(xiàn)有 的系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的優(yōu)劣和所采用策略或方案的真確性， 從而將系統(tǒng)仿真的概念 賦予了新的內(nèi)容，使之成為輔助決策的重要手段之一。因此，系統(tǒng)仿真的概念可以表述為：所謂系統(tǒng)仿真，示意控制論、相似原理 和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)， 借助系統(tǒng)模型對現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)進行試驗研究的一門 綜合性新興技術(shù)。 利用系統(tǒng)仿真技術(shù)， 研究系統(tǒng)的運行狀態(tài)及其隨時間變化的過 程，并通過對仿真運行過程的觀察和統(tǒng)計， 得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基 本特征，以此來估計和推斷現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的真實參數(shù)和真是性能， 這個過 程稱為系統(tǒng)仿真過程。系統(tǒng)仿真是近半個世紀以來發(fā)展起來的一門新興技術(shù)學科

4、， 他與各門技術(shù)學 科、管理學科、 經(jīng)濟學科以致社會學科都有著緊密的聯(lián)系， 這正是系統(tǒng)仿真得到 日益廣泛應用的原因。它在航天、航空、軍事、科研、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、生 態(tài)平衡、醫(yī)學、交通工程、經(jīng)濟規(guī)劃、商業(yè)經(jīng)營、金融流通等各個方面都獲得了 成功的應用，取得了顯著地經(jīng)濟效益。而我們所學的交通系統(tǒng)仿真是指用系統(tǒng)仿真技術(shù)來研究交通行為， 它是一門 對交通運動隨時間和空間的變化進行跟蹤描述的技術(shù)。 從交通技術(shù)仿真所采用的 技術(shù)手段以及所具有的本質(zhì)特征來看， 交通系統(tǒng)仿真是一門在數(shù)字計算機上進行 交通實驗的技術(shù)，它含有隨即特性，可以是圍觀的，也可以是宏觀的，并且涉及 到描述交通運輸系統(tǒng)在一定時期實時運動

5、的數(shù)學模型。 通過對交通系統(tǒng)的仿真研 究，可以得到交通流狀態(tài)變量隨時間與空間的變化、 分布規(guī)律及其與交通控制變 量時間的關(guān)系。 因此，交通系統(tǒng)仿真在道路運輸系統(tǒng)及其各組成部分地分析和評 價中發(fā)揮著重要作用。交通仿真模型與其他交通分析技術(shù)， 如需求分析、 通行能力分析、 交通流模 型、排隊理論等結(jié)合在一起， 可以對多種因素相互作用的交通設(shè)施或交通系統(tǒng)進 行分析和評估。這些交通設(shè)施和交通系統(tǒng)可以是單個的信號燈控制或無信號控制 的交叉口， 也可以是居民區(qū)或城市中心區(qū)的密集道路網(wǎng)、 線控或面控的交通信號 系統(tǒng)、某條高速公路或高速公路網(wǎng)、 、雙車道或多車道縣 ( 鄉(xiāng))公路系統(tǒng)等等。另 外，交通系統(tǒng)仿真還

6、可以用來分析和評價交通集散地， 如停車場中轉(zhuǎn)站、 機場等 的規(guī)劃設(shè)計及運行狀況。當然，交通系統(tǒng)仿真不僅限于道路運輸系統(tǒng)， 在其他運輸系統(tǒng)中也得到了廣 泛的的應用，如公共交通系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、航空運輸系統(tǒng)、水運系統(tǒng)、行人 交通系統(tǒng)、傳送帶運輸系統(tǒng)等。相對于其他交通分析技術(shù)，交通系統(tǒng)仿真技術(shù)具有許多優(yōu)點，如：1不需要真實系統(tǒng)的參與，因此具有經(jīng)濟方便的優(yōu)點，特別適合用于對尚不 從在的，如規(guī)劃中的交通系統(tǒng)行為的研究。2通過系統(tǒng)仿真，能清楚地了解到交通流中那些變量是重要的， 以及它們是 如何相互作用的。3不僅能提供交通流參數(shù)的均值和方差，還能提供時間一空間的序列值。4系統(tǒng)動態(tài)模型的時間標尺可以與實際系

7、統(tǒng)時間標尺不同，因此即可進行實時仿真，又可以進行欠時仿真或超時仿真。5. 對于交通系統(tǒng)中的某些危險情況或災難性后果， 系統(tǒng)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. 能重復提供同樣的交通道路條件，從而可以對不同的規(guī)劃設(shè)計方案進行公 正的必選。7. 能不斷改變系統(tǒng)運行條件，從而可以預測道路交通系統(tǒng)在各中情況下的行 為。8能夠隨時間和空間改變交通需求，從而對道路交通擁堵做出預報。9能夠處理相互影響、相互作用的復雜的排隊過程。10.當交通到達和離去方式不服從傳統(tǒng)的數(shù)學分布時，可以用系統(tǒng)仿真來解 決。11當其他的交通分析技術(shù)不適用時，系統(tǒng)仿真往往能有效地解決問題。 盡管交通系統(tǒng)仿真技術(shù)

8、有許多優(yōu)點， 但它絕不是包治百病的靈藥， 也有許多 缺陷和局限性，如：1仿真模型需要大量的輸入數(shù)據(jù)， 對于某些實際問題， 這些數(shù)據(jù)很難或根本 無法獲得。2仿真模型需要驗證、標定、進行有效性檢驗，如果忽視了這一點，仿真結(jié) 果將會失實。建立仿真模型不僅需要大量的知識， 如交通流理論、 計算機程序設(shè)計、 概 率論、決策論、統(tǒng)計分析等等，而且需要對所研究的道路交通系統(tǒng)有充分的了解。4一些仿真軟件的使用者只懂得簡單的套用其數(shù)據(jù)模型， 而對于模型的限制 條件和基本假設(shè)并不清楚，或?qū)⑵湟暈椤昂谙洹?，對其含義并不了解，這將極可 能導致錯誤的結(jié)論。交通仿真的一個重要環(huán)節(jié)是建立被仿真系統(tǒng)的數(shù)學模型， 可以說，仿

9、真實驗 的成敗取決于模型的質(zhì)量。而對于我們所學的交通系統(tǒng)仿真技術(shù)這門課程， 主要內(nèi)容是要掌握VISSlM這款交通系統(tǒng)仿真軟件，這里不對數(shù)學模型進行深入 學習。交通系統(tǒng)仿真與一般的系統(tǒng)仿真方法相比， 除具有許多相同特征外， 在仿真 對象、仿真建模、仿真編程、仿真實驗和仿真結(jié)果等方面還有不少特殊之處。1仿真對象交通系統(tǒng)仿真的對象是道路交通系統(tǒng)。由交通工程學的基本原理可以看出， 道路交通系統(tǒng)是一個隨機的、動態(tài)的、復雜的、開放的系統(tǒng)，涉及到人、車、路 及環(huán)境等多方面。首先，交通的產(chǎn)生是由人們出行愿望決定的。其次，交通的運行時一個動態(tài)過程，無時無刻都在隨著時間和空間的變化而 變化，而且這種變化又是隨機的

10、。再有，影響道路交通狀況的因素眾多，這些因素之間的關(guān)系又十分復雜。最后，道路交通系統(tǒng)還受許多外部因素影響，如天氣狀況、環(huán)境條件、臨時 交通管制等，具有很強的開放性，并且系統(tǒng)的邊界很難確定。2仿真建模由于交通系統(tǒng)仿真的對象具有上述特征，使得構(gòu)建仿真模型的工作變得十分 困難。常用的仿真模型往往建立在大量嚴格的邊界條件約束下，對系統(tǒng)進行線性或近似線性處理，因此對道路交通系統(tǒng)只能做符合條件而不是符合實際的描述， 這顯然是無法滿足要求的。在這種情況下，采用微觀的建模思想，以道路交通系 統(tǒng)中相對獨立的實體或行為作為建模對象， 以道路交通系統(tǒng)中相對獨立的實體或 行為最為建模對象，來描述各實體的行為及相互作用

11、可能更加合理可行。而交通系統(tǒng)仿真的實體可以是真實物體，如道路和車輛；也可以是意義明確 的數(shù)據(jù)集合體，如交通規(guī)劃等。實體對象分為靜態(tài)和動態(tài)兩類， 靜態(tài)對象如道路 和交通規(guī)劃等，在一次仿真運行開始后，對象參數(shù)不再發(fā)生變化；動態(tài)對象如汽 車和控制信號，在系統(tǒng)中收到其他因素的影響和制約，隨時發(fā)生變化。在不同的 初試狀態(tài)和隨即的用戶輸入條件下，各實體模型相互制約和作用的集合構(gòu)成系統(tǒng) 行為。3仿真編程由于交通系統(tǒng)仿真對象自身的復雜性，隨著人們對仿真過程直觀性要求的日 益增長，通用編程語言將更多地用于交通系統(tǒng)仿真程序的開發(fā)。4仿真實驗交通系統(tǒng)仿真技術(shù)常常用來對不同的道路新建或改建方案進行評價和比選， 這就要

12、求仿真實驗過程反復提供同樣的交通條件和環(huán)境條件，檢驗方案在通等條 件下的運行狀況。另外，由于交通系統(tǒng)仿真對象具有很強的隨機性， 而利用仿真模型真確地描 述這種隨機性往往是十分困難的，為檢驗和預見系統(tǒng)在某些突發(fā)事件如交通事 故、車輛故障等影響下的狀態(tài)，在仿真實驗過程中直接加入施加人工干預，例如 用鼠標在顯示器上直接將某輛車設(shè)為故障車， 將會使研究工作變得十分簡便。這 就要求交通系統(tǒng)仿真程序應具有更加有好的人機交互界面。5任何系統(tǒng)仿真研究的目的都是通過實驗結(jié)果來推斷被仿真的真實系統(tǒng)或 假想系統(tǒng)的狀態(tài)，而仿真模型的質(zhì)量對于推斷結(jié)論的正確與否起著決定性作用。 由于交通系統(tǒng)自身的復雜性，使得仿真建模時的

13、抽象或簡化尺度很難把握， 如果 處理不當，則會造成建模的“失真”。這一問題通常有兩種解決辦法，其一是仿 真實驗開始前對模型進行標定；其二是仿真實驗完成后對模型進行有效性檢驗， 而后者尤其重要，也尤其困難。因此，對于仿真實驗結(jié)果應采取審慎的態(tài)度對待， 通常情況下，要根據(jù)所論問題的具體情況，與其他定性的活定量的分析方法結(jié)合， 推斷出被仿真的真實系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的狀態(tài)。交通系統(tǒng)仿真的對象是含有多種隨機成分和各種邏輯關(guān)系的發(fā)雜的交通系 統(tǒng)，因此，它本身就是一個復雜的系統(tǒng)工程。它包括問題分析、模型建立、數(shù)據(jù)采集、程序編程、仿真運行、輸出結(jié)果處理等工程，必須按一定的程序和步驟進 行。第一步：明確問題交通系統(tǒng)

14、仿真的第一個步驟是對你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)的適應性做出判 斷。第二步：確定方針方法的適用性這一步工作的核心是確定在各種交通系統(tǒng)分析技術(shù)中，系統(tǒng)仿真對于所論問 題是最適宜的方法。應該回答的冋題有：I如果不用仿真方法，所論問題如何解決？2為什么仿真方法可以較好地解決所論的問題？3是否有仿真研究所需求的足夠的時間和物質(zhì)支持？4所論問題是否真的可以解決？第三步：問題的系統(tǒng)化一旦確定系統(tǒng)仿真對于所論問題是最好的解決方法， 就要著手構(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。第四步：數(shù)據(jù)的收集和處理這一步的

15、工作主要內(nèi)容是根據(jù)輸入和輸出要求收集和處理所需的數(shù)據(jù)。為 此，應當制定觀測計劃，確保滿足最小樣本量要求，以便模型進行標定和有效性 檢驗。第五步：建立數(shù)學模型通常采用自上而下循序漸進的方法進行。 第一級流程圖出發(fā)，建立第二級流 程圖，再建立第三級流程圖。第六步：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。確定型參數(shù)可以是常數(shù)， 也可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)不同而不同。 對于隨機參數(shù)，除給出它的均值和方差為，還 要指出其分布形式。第七步：模型評價這一步的首要任務(wù)是對所建模型的各種可能情況進行手工計算，其次，還要做出一些判斷。第八步：編制程序旦所建的模型被接受，便可著手編制計算機程序。第九步：模型確

16、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。第十步：實驗設(shè)計所謂實驗設(shè)計指的是制定一個詳細的實驗方案，通常包括如下內(nèi)容：1選擇控制變量。2確定每個控制變量的限制條件或邊界條件。3確定每個控制變量的步長。4確定控制變量的層次結(jié)構(gòu)，可考慮先改變初級控制變量，而保持次級變量 為常數(shù)。5.如何通過仿真程序中的循環(huán)語句自動改變初級控制變量的取值。6如何通過仿真中的搜索子程序自動確定最佳條件。第十一步：仿真結(jié)果分析這一步包括三項工作內(nèi)容，即仿真運行、結(jié)果分析和形成文檔。 以上便為開發(fā)系統(tǒng)仿真程序的一般步驟， 當然，這十一個步驟并不是一成不 變的，要根據(jù)情況靈活掌握。VISSIM 是一種微觀、

17、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以建模 和分析各種交通條件下（車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點等） ，城市 交通和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設(shè)計和城市規(guī)劃方案的有效工具。 VISSIM 由交通仿真器和信號狀態(tài)產(chǎn)生器兩部分組成，它們之間通過接口交換檢 測器數(shù)據(jù)和信號狀態(tài)信息。 VISSIM 既可以在線生成可視化的交通運行狀況，也 可以離線輸出各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如：行程時間、排隊長度等。 交通仿真器是一個微觀交通仿真模型，它包括跟車模型和車道變換模型。信號狀態(tài)產(chǎn)生器是一個信號控制軟件， 基于一個微小時間間隔 （0.1 秒）從 交通仿真器中提取檢測器數(shù)據(jù)， 用以確定下一仿真秒的信號

18、狀態(tài)。 同時，將信號 狀態(tài)信息回傳給交通仿真器。首先簡要介紹一下VISSlM軟件工具欄中幾個常用工具：路段和連接器、車道功能標志（圖形） 、輸入交通流量、靜態(tài)路徑（指定路 網(wǎng)中的交通流向）、期望車速決策點（永久改變車輛速度） 、信號燈公交站點、公 交線路、數(shù)據(jù)采集點等。下面簡單展示一般十字交叉口的設(shè)計過程圖形編輯I注：以下命令僅在路段和連接器模式激活時可用在路段的起始位置點擊鼠標右鍵， 沿著交通流運行方向?qū)⑵渫现两K點位 置，釋放鼠標。編輯路段數(shù)據(jù)。雙擊路段彈出一個對話框可以對編號： 路段的唯一編號（僅能在創(chuàng)建路段時編輯） 。 名稱：標識或注釋。 車道數(shù) 路段類型：它控制了諸如路段顏色、駕駛行為

19、等特征量。 路段長度：顯示用鼠標繪出的長度。該值保持不變。 車道 與車道相關(guān)的所有參數(shù)： 車道寬度：定義路段上每條車道的寬度。 不同車道寬度：分別定義每條車道的寬度。 車道限制：針對選定的車輛類別關(guān)閉路段的一條或多條車道，實 時禁行管理。車輛編輯依次選擇：交通交通構(gòu)成，定義輸入交通流量的交通構(gòu)成。 可對列表進 行新建、輯和刪除。 車輛類型：數(shù)據(jù)是針對哪種車輛類型來定義的。 相對流量：相應車輛類型在輸入交通流中所占的相對比例。交通 構(gòu)成定義完成后， VISSIM 將對所有的相對流量求和，計算出交通構(gòu)成中的每種 車輛類型在輸入交通流中所占的絕對比例。 因此，在輸入數(shù)值時不必要嚴格在 0.0 和 1

20、.0 之間，但是也有可能是輸入車流量而不是所占比例。 期望車速：車輛進入 VISSIM 路網(wǎng)時的車速分布。車輛輸入（交通流量）I注：車輛輸入模式必須處于激活狀態(tài)。 某個路段的車輛輸入 : 雙擊此路段 路網(wǎng)的所有車輛輸入 : 在 VISSIM 路網(wǎng)外點擊鼠標右鍵車輛輸入 數(shù)據(jù)分為兩 個部分： 流量/ 構(gòu)成部分 時間間隔部分 在此，定義時間間隔的閾值。至少要定義一個時間間隔，這樣第一個和最后一個線路就不會被刪除。 時間間隔的默認值為 0-99999 秒。改變列表，“流量 / 構(gòu)成”部分的縱列布局也將改變 （如下所示）。定義新的時間間隔在此部分內(nèi)點擊鼠標右鍵， 從彈出的菜單中選擇新建。 列表末端將添

21、加 新欄。輸入新的時間間隔閾值。 該值必須與其它值不同， 可小于最后時間間隔 值。這樣，已存在時間間隔在新輸入時間處打斷。路徑 路徑定義 選擇路徑起始的路段 / 連接器。雙擊鼠標左鍵， 選定路段的行駛路徑?jīng)Q策起點 （選中后顯示為亮紅色） 。 打開新建路徑?jīng)Q策窗口。定義路徑?jīng)Q策的屬性。選擇路徑終點的路段 / 連接器。依照路徑類型 從同一路徑?jīng)Q策的起點（紅線）定義更多的終點（多條路徑） ，選擇 下一個目標路段， 然后在下一個目標點的橫截面 （或停車場）位置點擊鼠標右鍵。 對每個從當前活動的決策橫截面開始的附加路徑都必須進行此操作。 要定義新的路徑?jīng)Q策， 在路網(wǎng)內(nèi)雙擊鼠標， 取消所有的路段， 然后重

22、 復步驟 - 。 路徑編輯 注：選擇路徑模式后：所有已定義的路徑?jīng)Q策顯示為暗紅色， 所有已 定義的路徑?jīng)Q策終點相交部分顯示為暗綠色 （而停車場地由藍色框架包圍） 。 圖形選擇選擇一個路徑?jīng)Q策：在路徑?jīng)Q策所在的路段上，點擊鼠標左鍵。左鍵點擊路徑?jīng)Q策：選中的路徑?jīng)Q策顯示為淡紅色。只有相應的終點相 交部分（暗綠色）或停車場（實心藍色）可見。從選定的路徑?jīng)Q策中選擇路徑起點：在終點交叉部分所在的路段上鼠標左擊。鼠標左擊終點交叉部分。選中的終點交叉部分顯示為淡綠色。路徑顯示 為黃色帶。公交車站路邊站點（靠近人行道） ：公交站點設(shè)置在選定路段的車道上。 港灣式站點（人群密集處）：公交站點設(shè)置在緊鄰慢車道的一

23、條特定路段上。 選擇公交 / 軌道站點模式 。 選擇需要設(shè)置公交站點的路段 / 連接器（港灣式站點只能設(shè)置在路段上， 不能設(shè)在連接器上）。 在公交站起點（路段/ 連接器內(nèi)）點擊鼠標右鍵，沿著路段 /連接器方向， 將其拖動到目標位置，同時定義站點的長度，長度值顯示于狀態(tài)欄的中間部分。釋放鼠標，打開創(chuàng)建公交站點窗口。定義站點屬性（如下所示），點擊確定。公交路線公交路線的定義分五步進行。要初始化程序，激活公交線路模式 。接下 來要做的在狀態(tài)欄中顯示。要返回的話，在 VISSIM 路網(wǎng)的外面鼠標左擊。選擇需要設(shè)置公交線路起點的路段。在選定路段內(nèi)的任意位置點擊鼠標右鍵，創(chuàng)建公交線路的起點（一條亮 紅色線出現(xiàn)在該路段的起始位置） 。選擇需要設(shè)置公交線路終點的路段 / 連接器。在選定路段內(nèi)的目標位置點擊鼠標右鍵，創(chuàng)建公交線路的終點（綠線）。如果在紅線與點擊位置之間有有效的連接， 那么路段顯示為黃色粗線并彈出公共 汽車電車線路對話框。定義公交線路的數(shù)據(jù)并按 OK 鍵確認。如果黃色粗線顯示 的路徑與期望的不一致， 稍后可以對它進行修改。 如果沒有出現(xiàn)黃色粗線， 意味 著公交線路起點與終點之間不存在連續(xù)的路