道路交通仿真模型與方法

1、1第六章第六章 道路交通仿真道路交通仿真北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院丁勇丁勇2引言引言交通仿真是研究運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)再現(xiàn)實(shí)際交通系交通仿真是研究運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)再現(xiàn)實(shí)際交通系統(tǒng)的特性、分析交通系統(tǒng)在各種設(shè)定條件下的可能行統(tǒng)的特性、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(shí)交通問題最優(yōu)解的一種手段，也是評價(jià)為以尋求現(xiàn)實(shí)交通問題最優(yōu)解的一種手段，也是評價(jià)運(yùn)輸設(shè)施各類運(yùn)用設(shè)計(jì)方案效果的有效方法。運(yùn)輸設(shè)施各類運(yùn)用設(shè)計(jì)方案效果的有效方法。美國是仿真技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的國家。美國是仿真技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的國家。19671967年，美國成立了計(jì)算機(jī)仿真學(xué)

2、會(huì)年，美國成立了計(jì)算機(jī)仿真學(xué)會(huì)(Society for (Society for Computer Simulation)Computer Simulation)，推動(dòng)了仿真技術(shù)在美國的發(fā)，推動(dòng)了仿真技術(shù)在美國的發(fā)展和應(yīng)用。展和應(yīng)用。仿真追求的兩大目標(biāo)是大型網(wǎng)絡(luò)與巨量交通流量，要仿真追求的兩大目標(biāo)是大型網(wǎng)絡(luò)與巨量交通流量，要在道路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立能夠兼顧宏觀與微觀模型優(yōu)點(diǎn)的交在道路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立能夠兼顧宏觀與微觀模型優(yōu)點(diǎn)的交通流動(dòng)態(tài)運(yùn)行模型。通流動(dòng)態(tài)運(yùn)行模型。 3對交通系統(tǒng)的仿真研究可以分為三個(gè)層次：對交通系統(tǒng)的仿真研究可以分為三個(gè)層次：宏觀仿真、宏觀仿真、中觀仿真與微觀仿真中觀仿真與微觀仿真。宏觀仿真

3、宏觀仿真著重從全局角度來研究系統(tǒng)特性。宏觀仿真著重從全局角度來研究系統(tǒng)特性。宏觀仿真模型中，交通流被視為一個(gè)可壓縮的媒體或流體，交模型中，交通流被視為一個(gè)可壓縮的媒體或流體，交通流的運(yùn)動(dòng)按照流體機(jī)制來處理。宏觀仿真通過流量通流的運(yùn)動(dòng)按照流體機(jī)制來處理。宏觀仿真通過流量- -密度關(guān)系來控制交通流的運(yùn)行，模型中不追蹤單個(gè)車密度關(guān)系來控制交通流的運(yùn)行，模型中不追蹤單個(gè)車輛的移動(dòng)。輛的移動(dòng)。 微觀仿真模型微觀仿真模型以跟車模型為基礎(chǔ)，追蹤每個(gè)車輛的移以跟車模型為基礎(chǔ)，追蹤每個(gè)車輛的移動(dòng)過程。在微觀模型中，車輛的移動(dòng)由駕駛員的特性、動(dòng)過程。在微觀模型中，車輛的移動(dòng)由駕駛員的特性、車輛性能、車輛周圍的環(huán)境

4、和道路幾何條件來決定。車輛性能、車輛周圍的環(huán)境和道路幾何條件來決定。 微觀模型包括三個(gè)重要方面：車輛移動(dòng)基本規(guī)則微觀模型包括三個(gè)重要方面：車輛移動(dòng)基本規(guī)則( (跟車跟車模型與換道模型模型與換道模型) )、服務(wù)優(yōu)先規(guī)則和信號約束規(guī)則。、服務(wù)優(yōu)先規(guī)則和信號約束規(guī)則。 4國外道路交通仿真系統(tǒng)國外道路交通仿真系統(tǒng) 20世紀(jì)世紀(jì)60年代以來，國外交通仿真系統(tǒng)得到了較年代以來，國外交通仿真系統(tǒng)得到了較大發(fā)展。目前，公開發(fā)表的道路交通仿真軟件已大發(fā)展。目前，公開發(fā)表的道路交通仿真軟件已有近百個(gè)，有一定應(yīng)用的軟件系統(tǒng)也有數(shù)十個(gè)。有近百個(gè)，有一定應(yīng)用的軟件系統(tǒng)也有數(shù)十個(gè)。交通仿真軟件的新用途是為智能交通系統(tǒng)交通

5、仿真軟件的新用途是為智能交通系統(tǒng)(ITS)提提供論證手段。供論證手段。ITS應(yīng)用的一個(gè)重要特點(diǎn)是要考察應(yīng)用的一個(gè)重要特點(diǎn)是要考察整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局效果，近年來，針對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局效果，近年來，針對ITS開發(fā)的開發(fā)的軟 件 主 要 有軟 件 主 要 有 D Y N A S M A R T 、 V I S S I M 、INTEGRATION、MITSIM、THOREAU、TRANSIMS、WATSIM與與PLANSIM-T。 5交通仿真系統(tǒng)的用戶群分類 基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營者與決策者基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營者與決策者 地方、公路交通部門當(dāng)局地方、公路交通部門當(dāng)局( (政府政府) ) 私人停車經(jīng)營者私人停車經(jīng)營者 公

6、交經(jīng)營者公交經(jīng)營者 車輛控制車輛控制 駕駛員與乘客駕駛員與乘客 各類貨物運(yùn)輸者與貨主各類貨物運(yùn)輸者與貨主 設(shè)計(jì)與咨詢機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與咨詢機(jī)構(gòu)6通用交通仿真軟件通用交通仿真軟件 要在參考前人文獻(xiàn)和研究現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，要在參考前人文獻(xiàn)和研究現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和要達(dá)到的主要目標(biāo)確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和要達(dá)到的主要目標(biāo) ;需要開發(fā)具有個(gè)性的模型，以實(shí)現(xiàn)新的功能或需要開發(fā)具有個(gè)性的模型，以實(shí)現(xiàn)新的功能或糾正已有模型的缺陷糾正已有模型的缺陷 ;要對模型所用的參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，得到符要對模型所用的參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，得到符合應(yīng)用地區(qū)的模型和參數(shù)。合應(yīng)用地區(qū)的模型和參數(shù)。 7研究型和商業(yè)型

7、交通仿真軟件的區(qū)別研究型和商業(yè)型交通仿真軟件的區(qū)別研究型的軟件主要是給開發(fā)者自己用的，而商業(yè)研究型的軟件主要是給開發(fā)者自己用的，而商業(yè)型的軟件是給用戶用的，兩者的區(qū)別并不在于是型的軟件是給用戶用的，兩者的區(qū)別并不在于是否市場上有得賣。否市場上有得賣。研究型的軟件強(qiáng)調(diào)的是想法和模型的創(chuàng)新，而不研究型的軟件強(qiáng)調(diào)的是想法和模型的創(chuàng)新，而不是軟件的用戶界面和使用價(jià)值。是軟件的用戶界面和使用價(jià)值。商業(yè)軟件的基本要求是：包羅最新交通仿真模型，商業(yè)軟件的基本要求是：包羅最新交通仿真模型，研究證明了的先進(jìn)功能和競爭產(chǎn)品所具有的主要研究證明了的先進(jìn)功能和競爭產(chǎn)品所具有的主要功能；能夠切實(shí)為交通規(guī)劃和交通工程人員

8、提供功能；能夠切實(shí)為交通規(guī)劃和交通工程人員提供一個(gè)解決實(shí)際問題的仿真工具；提供適用的用戶一個(gè)解決實(shí)際問題的仿真工具；提供適用的用戶界面和數(shù)據(jù)接口，方便大多數(shù)用戶以較低成本把界面和數(shù)據(jù)接口，方便大多數(shù)用戶以較低成本把仿真模型作為他們的一種分析工具。仿真模型作為他們的一種分析工具。 8軟件名稱軟件名稱開發(fā)單位開發(fā)單位國家國家AIMSUN2卡特倫亞理工大學(xué)卡特倫亞理工大學(xué)西班牙西班牙ANATOLL設(shè)備技術(shù)研究中心設(shè)備技術(shù)研究中心法國法國AUTOBAHN奔弛咨詢公司奔弛咨詢公司德國德國CASIMIR國家交通研究所國家交通研究所法國法國CORSIM聯(lián)邦公路局聯(lián)邦公路局美國美國DRACULA利茲大學(xué)交通研

9、究所利茲大學(xué)交通研究所英國英國DYNEMODeutsche Automobilgesellschaft mbH德國德國FRESIM聯(lián)邦公路局聯(lián)邦公路局美國美國HUTSIM赫爾辛基理工大學(xué)赫爾辛基理工大學(xué)芬蘭芬蘭INTEGRATION皇后大學(xué)交通教研室皇后大學(xué)交通教研室加拿大加拿大MICROSIM科隆大學(xué)并行計(jì)算中心科隆大學(xué)并行計(jì)算中心德國德國MITSIM麻省理工學(xué)院麻省理工學(xué)院美國美國PARAMICS愛丁堡并行計(jì)算中心與卡斯通有限公司愛丁堡并行計(jì)算中心與卡斯通有限公司英國英國SUTURN利茲大學(xué)交通研究所利茲大學(xué)交通研究所英國英國TRANSIMS羅阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室羅阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室美國美國

10、TRIPSMVA公司公司英國英國VISSIMPTV系統(tǒng)軟件與咨詢公司系統(tǒng)軟件與咨詢公司德國德國9 微觀交通仿真軟件的適用范圍微觀交通仿真軟件的適用范圍城市交通城市交通高速公路高速公路二者兼有二者兼有其他其他CASIMIRAUTOBAHNAIMSUN2ANATOLLDRACULAFREEVUCORSIMPHAROSHUTSIMFRESIMFLEXSYT IISHIVAMICSTRANMIXICINTEGRATIONSIMDACNETSIMSISTMMELROSEPADSIMMICROSIMSIGSIMMITSIMSIMNETPARAMICSSITRA-B+PLANSIM-TSITRASTRANS

11、IMSTHOREAUVISSIMNEMIS10Single Road (SR) Regional (R)Corridor (CO) Project Board (PB)Intersection (I) City (CI)State Wide (SW)111213141516應(yīng)用規(guī)模應(yīng)用規(guī)模大部分軟件可在大部分軟件可在PC機(jī)或機(jī)或UNIX系統(tǒng)上運(yùn)行。有個(gè)別在系統(tǒng)上運(yùn)行。有個(gè)別在VAX 和和RE6000機(jī)以及機(jī)以及SUN機(jī)上運(yùn)行。機(jī)上運(yùn)行。微觀仿真模型應(yīng)用規(guī)模取決于計(jì)算機(jī)性能。微觀仿真模型應(yīng)用規(guī)模取決于計(jì)算機(jī)性能。小規(guī)模：小規(guī)模：20km, 50個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)節(jié)點(diǎn)， 1000輛車；輛車；大規(guī)模：大規(guī)模

12、：200以上節(jié)點(diǎn)，以上節(jié)點(diǎn)， 數(shù)千輛車；數(shù)千輛車；MICROSIM、PLANSIM-T與與PARAMICS可以模擬可以模擬3000個(gè)節(jié)點(diǎn)、個(gè)節(jié)點(diǎn)、100萬輛車萬輛車(需用到并行計(jì)算機(jī)需用到并行計(jì)算機(jī))。計(jì)算速度取決于路網(wǎng)大小和計(jì)算機(jī)性能。一般來說仿計(jì)算速度取決于路網(wǎng)大小和計(jì)算機(jī)性能。一般來說仿真軟件的運(yùn)行速度為實(shí)際時(shí)間的真軟件的運(yùn)行速度為實(shí)際時(shí)間的15倍。更快一些可倍。更快一些可達(dá)到達(dá)到1520倍，但也有慢于實(shí)際時(shí)間的。倍，但也有慢于實(shí)際時(shí)間的。17 微觀仿真軟件能夠描述的微觀仿真軟件能夠描述的交通現(xiàn)象交通現(xiàn)象交通現(xiàn)象交通現(xiàn)象描述方法描述方法可仿真模型可仿真模型*排隊(duì)排隊(duì)通過可利用空間約束、跟

13、車及換道刻畫；通過可利用空間約束、跟車及換道刻畫；87%路傍停車路傍停車通過特定節(jié)點(diǎn)、路段上車輛的狀態(tài)來刻畫；通過特定節(jié)點(diǎn)、路段上車輛的狀態(tài)來刻畫；35%交織運(yùn)行交織運(yùn)行通過強(qiáng)制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏輯等刻畫；通過強(qiáng)制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏輯等刻畫；77%行人約束行人約束主要通過沖突區(qū)及其相互作用來判斷；主要通過沖突區(qū)及其相互作用來判斷；26%突發(fā)事件突發(fā)事件通過對道路上非期望事件出現(xiàn)的判斷來描述通過對道路上非期望事件出現(xiàn)的判斷來描述65%天氣條件天氣條件通過車輛速度通過車輛速度- -加速度行為刻畫；加速度行為刻畫；26%車輛類別車輛類別通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等

14、刻畫；通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等刻畫；61%發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)模型通過機(jī)械方法或加速率的改變來刻畫；通過機(jī)械方法或加速率的改變來刻畫；19%環(huán)島環(huán)島通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。58%停車場搜索停車場搜索通過固定地點(diǎn)通過固定地點(diǎn)/區(qū)域停車場狀態(tài)掃描來刻畫；區(qū)域停車場狀態(tài)掃描來刻畫；13%公共交通公共交通通過固定某類車輛行駛線路來刻畫；通過固定某類車輛行駛線路來刻畫；52%自行車自行車/摩托車摩托車通過自行車及其對機(jī)動(dòng)車的影響來評價(jià)；通過自行車及其對機(jī)動(dòng)車的影響來評價(jià)；10%交通鎮(zhèn)靜措施交通鎮(zhèn)靜措施通過限制行駛速度、讓行、可變信息標(biāo)志、線路引導(dǎo)標(biāo)志刻畫。通過

15、限制行駛速度、讓行、可變信息標(biāo)志、線路引導(dǎo)標(biāo)志刻畫。42%18微觀仿真軟件能描述的微觀仿真軟件能描述的交通控制和管理方式交通控制和管理方式固定信號控制、自適應(yīng)控制、匝道匯入控固定信號控制、自適應(yīng)控制、匝道匯入控制、靜態(tài)路徑誘導(dǎo)、動(dòng)態(tài)路線誘導(dǎo)、事故制、靜態(tài)路徑誘導(dǎo)、動(dòng)態(tài)路線誘導(dǎo)、事故處理、公交車優(yōu)先控制、可變標(biāo)志控制、處理、公交車優(yōu)先控制、可變標(biāo)志控制、收費(fèi)口、自動(dòng)道路系統(tǒng)、無人駕駛車輛、收費(fèi)口、自動(dòng)道路系統(tǒng)、無人駕駛車輛、停車地誘導(dǎo)等。停車地誘導(dǎo)等。19微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（1）建立和處理不同形式的路網(wǎng)，清晰地表現(xiàn)路網(wǎng)建立和處理不同形式的路網(wǎng)，清晰地表現(xiàn)路網(wǎng)的

16、幾何形狀，包括交通設(shè)施；的幾何形狀，包括交通設(shè)施；產(chǎn)生進(jìn)入路網(wǎng)的不同種類的車輛以及車長、初產(chǎn)生進(jìn)入路網(wǎng)的不同種類的車輛以及車長、初速度等，獲得交通流各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；速度等，獲得交通流各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；處理車輛在路網(wǎng)上的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確反映出車處理車輛在路網(wǎng)上的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確反映出車輛間的相互作用；輛間的相互作用；處理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部對車流產(chǎn)生影響的發(fā)生點(diǎn)和吸納處理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部對車流產(chǎn)生影響的發(fā)生點(diǎn)和吸納點(diǎn)；點(diǎn)；跟蹤路網(wǎng)內(nèi)行使的任一輛車，真實(shí)地模擬交通跟蹤路網(wǎng)內(nèi)行使的任一輛車，真實(shí)地模擬交通控制策略?？刂撇呗?。20微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（微觀交通仿真系統(tǒng)的功能要求（2）模擬先進(jìn)的交通管理策略；模擬先進(jìn)的交通管理

17、策略；提供與提供與 外部應(yīng)用程序交互的接口；外部應(yīng)用程序交互的接口；模擬動(dòng)態(tài)車輛誘導(dǎo)，再現(xiàn)被誘導(dǎo)車輛和交通中模擬動(dòng)態(tài)車輛誘導(dǎo)，再現(xiàn)被誘導(dǎo)車輛和交通中心的信息交換；心的信息交換；應(yīng)用與一般的路網(wǎng)，包括城市道路和城市間的應(yīng)用與一般的路網(wǎng)，包括城市道路和城市間的高速公路；高速公路；仿真路網(wǎng)交通流的狀況；仿真路網(wǎng)交通流的狀況；模擬公共交通；模擬公共交通；提供結(jié)果分析的工具和圖形化的交互界面。提供結(jié)果分析的工具和圖形化的交互界面。21 交通仿真的目標(biāo)是評價(jià)交通管理計(jì)劃的行為效交通仿真的目標(biāo)是評價(jià)交通管理計(jì)劃的行為效果。交通研究的效果包括果。交通研究的效果包括5個(gè)方面：個(gè)方面： 一是與出行效率相關(guān)的方面，

18、如出行的速度、一是與出行效率相關(guān)的方面，如出行的速度、時(shí)間等；時(shí)間等； 二是與交通安全相關(guān)的方面，包括車頭時(shí)距、二是與交通安全相關(guān)的方面，包括車頭時(shí)距、事故等；事故等； 三是與交通環(huán)境相關(guān)的方面，如各種污染物的三是與交通環(huán)境相關(guān)的方面，如各種污染物的排放及振動(dòng)的產(chǎn)生等；排放及振動(dòng)的產(chǎn)生等； 四是與旅客舒適相關(guān)的方面，如停站次數(shù)，密四是與旅客舒適相關(guān)的方面，如停站次數(shù)，密度，擁擠水平等；緊張、舒適性等；度，擁擠水平等；緊張、舒適性等； 五是交通出行的技術(shù)性能指標(biāo)，如費(fèi)用與燃料五是交通出行的技術(shù)性能指標(biāo)，如費(fèi)用與燃料消耗。消耗。 22仿真評價(jià)指標(biāo)仿真評價(jià)指標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)提供率提供率效率效率速度

19、速度87%出行時(shí)間出行時(shí)間87%擁擠擁擠71%出行時(shí)間變化率出行時(shí)間變化率68%排隊(duì)長度排隊(duì)長度65%公交管制公交管制26%方式選擇方式選擇16%安全安全車頭時(shí)距車頭時(shí)距42%超車超車26%事故數(shù)量事故數(shù)量16%事故事故/速度嚴(yán)重性速度嚴(yán)重性16%離碰撞時(shí)的時(shí)間間隔離碰撞時(shí)的時(shí)間間隔16%行人作用行人作用16%23目標(biāo)目標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)提供率提供率環(huán)境環(huán)境排放物排放物52%路傍污染水平路傍污染水平16%噪聲噪聲13%舒適舒適物理舒適性物理舒適性3%緊張性緊張性0%技術(shù)技術(shù)燃料消耗燃料消耗48%性能性能車輛運(yùn)營費(fèi)用車輛運(yùn)營費(fèi)用6%仿真評價(jià)指標(biāo)仿真評價(jià)指標(biāo)(續(xù)續(xù))24軟件的輸入輸出界面軟件的輸入輸出界面

20、 描述諸如節(jié)點(diǎn)、路段、交通信號、路徑、車輛到描述諸如節(jié)點(diǎn)、路段、交通信號、路徑、車輛到達(dá)率等。但也有少數(shù)幾個(gè)軟件提供了路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)達(dá)率等。但也有少數(shù)幾個(gè)軟件提供了路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何數(shù)據(jù)的圖形輸入界面。大部分軟件具有構(gòu)和幾何數(shù)據(jù)的圖形輸入界面。大部分軟件具有動(dòng)畫演示輸出功能，但也有少數(shù)模型只提供數(shù)據(jù)動(dòng)畫演示輸出功能，但也有少數(shù)模型只提供數(shù)據(jù)庫格式的輸出形式。庫格式的輸出形式?；镜姆抡婕夹g(shù)基本的仿真技術(shù) 幾乎所有的仿真軟件均采用面向?qū)ο蟮木幊碳紟缀跛械姆抡孳浖捎妹嫦驅(qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)絕大部分采用了時(shí)間掃描的描述方式且多術(shù)絕大部分采用了時(shí)間掃描的描述方式且多為微觀仿真。為微觀仿真。 254交通仿真

21、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)交通仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以微觀交通仿真系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)一般包以微觀交通仿真系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)一般包括括3個(gè)主要模塊：個(gè)主要模塊：一是道路網(wǎng)絡(luò)描述模塊，包括交叉口，路一是道路網(wǎng)絡(luò)描述模塊，包括交叉口，路段，小區(qū)等；段，小區(qū)等；二是車路間的信息通信模塊，涉及交通流二是車路間的信息通信模塊，涉及交通流誘導(dǎo)等問題；誘導(dǎo)等問題；三是車輛動(dòng)態(tài)運(yùn)行模塊。三是車輛動(dòng)態(tài)運(yùn)行模塊。 2627仿真系統(tǒng)的輸出指標(biāo)仿真系統(tǒng)的輸出指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)上車輛行駛的信息網(wǎng)絡(luò)上車輛行駛的信息 如總旅行時(shí)間，旅行距離，平均速度；如總旅行時(shí)間，旅行距離，平均速度；經(jīng)過的交通檢測設(shè)備經(jīng)過的交通檢測設(shè)備 如記數(shù)器，速度，車道占有情況，點(diǎn)到點(diǎn)時(shí)間

22、，如記數(shù)器，速度，車道占有情況，點(diǎn)到點(diǎn)時(shí)間，車輛類型，突發(fā)事件信息等；車輛類型，突發(fā)事件信息等；路段交通數(shù)據(jù)路段交通數(shù)據(jù) 包括路段交通密度，路段平均包括路段交通密度，路段平均速度，旅行時(shí)間等；速度，旅行時(shí)間等；仿真運(yùn)行中的警告及錯(cuò)誤信息；仿真運(yùn)行中的警告及錯(cuò)誤信息；環(huán)境排放與燃料消耗數(shù)據(jù)；環(huán)境排放與燃料消耗數(shù)據(jù)；車輛運(yùn)行與路段交通數(shù)據(jù)的圖形顯示。車輛運(yùn)行與路段交通數(shù)據(jù)的圖形顯示。28我國交通仿真系統(tǒng)研究的技術(shù)關(guān)鍵建模過程中的技術(shù)關(guān)鍵建模過程中的技術(shù)關(guān)鍵我國道路交通運(yùn)行環(huán)境與發(fā)達(dá)國家不同，主要特點(diǎn)有：我國道路交通運(yùn)行環(huán)境與發(fā)達(dá)國家不同，主要特點(diǎn)有：(1)(1)混合交通流環(huán)境混合交通流環(huán)境 不同類

23、型，尤其是較大比例的非機(jī)不同類型，尤其是較大比例的非機(jī)動(dòng)車流與機(jī)動(dòng)車的混行使得車輛跟弛模型與換道模型發(fā)動(dòng)車流與機(jī)動(dòng)車的混行使得車輛跟弛模型與換道模型發(fā)生重大變化。生重大變化。(2)(2)行駛行為不規(guī)范行駛行為不規(guī)范 過多的交通不暢使得交通標(biāo)志和道過多的交通不暢使得交通標(biāo)志和道路行駛的規(guī)則對駕駛員和行人、自行車者的約束大打折路行駛的規(guī)則對駕駛員和行人、自行車者的約束大打折扣，這對描述這些行為造成了很大困難?？?，這對描述這些行為造成了很大困難。(3)(3)車輛特性差異大車輛特性差異大 我國道路上行駛車輛種類繁多，性我國道路上行駛車輛種類繁多，性能差異很大。性能較差的車輛增加了道路突發(fā)事件概率。能差

24、異很大。性能較差的車輛增加了道路突發(fā)事件概率。29要解決要解決的的技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵 (1)(1)建立非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車之間的建立非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車之間的影響模型影響模型，包括，包括在交叉口、有隔離路段及無隔離路段的相互作在交叉口、有隔離路段及無隔離路段的相互作用模型；用模型；(2)(2)研究我國國情下道路交通管理計(jì)劃的研究我國國情下道路交通管理計(jì)劃的計(jì)算機(jī)描計(jì)算機(jī)描述模型述模型，重點(diǎn)是城市道路，重點(diǎn)是城市道路交叉口信號配時(shí)交叉口信號配時(shí)對機(jī)對機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車行駛的描述；動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車行駛的描述；(3)(3)研究我國城市研究我國城市道路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造模型道路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造模型，重點(diǎn)是對不，重點(diǎn)是對不同類型立交、

25、路面狀況及支線街道及車輛行駛同類型立交、路面狀況及支線街道及車輛行駛特點(diǎn)的定義；特點(diǎn)的定義；(4)(4)行人行為行人行為及其對道路交通流運(yùn)行的及其對道路交通流運(yùn)行的影響模型影響模型。30技術(shù)關(guān)鍵（5）合作與聯(lián)系）合作與聯(lián)系 現(xiàn)在，從事交通仿真研究的單位都是從自身情現(xiàn)在，從事交通仿真研究的單位都是從自身情況出發(fā)來開展工作，缺乏全國性的統(tǒng)一協(xié)作，況出發(fā)來開展工作，缺乏全國性的統(tǒng)一協(xié)作，易造成重復(fù)性的研究，從而導(dǎo)致有限資金的浪易造成重復(fù)性的研究，從而導(dǎo)致有限資金的浪費(fèi)；費(fèi)；（6）信息技術(shù)）信息技術(shù) 已有的仿真軟件與模型都是局限于交通環(huán)境已有的仿真軟件與模型都是局限于交通環(huán)境自身而言的，沒有真正與自身

26、而言的，沒有真正與GPS和和GIS等與信息等與信息技術(shù)相關(guān)的信息系統(tǒng)聯(lián)系起來進(jìn)行仿真研究。技術(shù)相關(guān)的信息系統(tǒng)聯(lián)系起來進(jìn)行仿真研究。31仿真過程實(shí)施中涉及的主要技術(shù)關(guān)鍵仿真過程實(shí)施中涉及的主要技術(shù)關(guān)鍵 硬件與軟件環(huán)境硬件與軟件環(huán)境 仿真的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及交通實(shí)體數(shù)仿真的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及交通實(shí)體數(shù)量一般受計(jì)算機(jī)軟、硬件制約的。量一般受計(jì)算機(jī)軟、硬件制約的。計(jì)算經(jīng)驗(yàn)計(jì)算經(jīng)驗(yàn) 微觀仿真中，跟車與換道模型需要的微觀仿真中，跟車與換道模型需要的步長一般為步長一般為1到到0.1秒。秒。用戶界面用戶界面 用戶圖形界面可顯示的信息包括網(wǎng)絡(luò)、用戶圖形界面可顯示的信息包括網(wǎng)絡(luò)、檢測器、車輛移動(dòng)的發(fā)生等。檢測器、車輛移動(dòng)的發(fā)生等

27、。與支持模塊的通信與支持模塊的通信 一般需要一個(gè)總控模塊來協(xié)一般需要一個(gè)總控模塊來協(xié)調(diào)各模塊之間的數(shù)據(jù)交流。調(diào)各模塊之間的數(shù)據(jù)交流。總控模塊總控模塊 主要功能是對各模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)和實(shí)施，主要功能是對各模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)和實(shí)施，模塊間的信息交換需要通過處理器之間的通信來模塊間的信息交換需要通過處理器之間的通信來完成。完成。3233國外交通仿真模型和系統(tǒng)難以在我國得到推國外交通仿真模型和系統(tǒng)難以在我國得到推廣的主要障礙：廣的主要障礙： 模型參數(shù)問題模型參數(shù)問題，多數(shù)國外模型中的參數(shù)不太適，多數(shù)國外模型中的參數(shù)不太適合有大量非機(jī)動(dòng)車存在時(shí)的我國交通環(huán)境；合有大量非機(jī)動(dòng)車存在時(shí)的我國交通環(huán)境；國外產(chǎn)品沒有漢化

28、國外產(chǎn)品沒有漢化，外文界面及技術(shù)手冊使得，外文界面及技術(shù)手冊使得它們難以在工程技術(shù)界得到推廣；它們難以在工程技術(shù)界得到推廣；軟件的價(jià)格問題軟件的價(jià)格問題，國內(nèi)交通企業(yè)對軟件的認(rèn)識(shí)，國內(nèi)交通企業(yè)對軟件的認(rèn)識(shí)還沒有達(dá)到發(fā)達(dá)國家的水平，真正的軟件市場還沒有達(dá)到發(fā)達(dá)國家的水平，真正的軟件市場尚未形成。尚未形成。34仿真模型仿真仿真模型開發(fā)模型開發(fā)的要點(diǎn)是了解有哪些的要點(diǎn)是了解有哪些方法方法/技術(shù)技術(shù)可以用于建模。可以用于建模。必須要明確建模必須要明確建模目的目的和評價(jià)和評價(jià)手段手段。35交通仿真模型的10個(gè)主要領(lǐng)域 道路物流與一般管理道路物流與一般管理 需求管理需求管理 交通管理交通管理 停車管理停車

29、管理 公交管理公交管理 交通信息交通信息 出行管理出行管理 貨運(yùn)與乘務(wù)組管理貨運(yùn)與乘務(wù)組管理 車輛控制車輛控制 內(nèi)部服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)系統(tǒng)36既有微觀交通模型既有微觀交通模型模型模型研制者研制者國家國家AIMSUN2卡特倫亞理工大學(xué)卡特倫亞理工大學(xué)西班牙西班牙ANATOLL設(shè)備技術(shù)研究中心設(shè)備技術(shù)研究中心法國法國AUTOBAHN奔弛咨詢公司奔弛咨詢公司德國德國CASIMIR國家交通研究所國家交通研究所法國法國CORSIM聯(lián)邦公路局聯(lián)邦公路局美國美國DRACULA利茲大學(xué)交通研究所利茲大學(xué)交通研究所英國英國FLEXSYT II運(yùn)輸部運(yùn)輸部荷蘭荷蘭37既有微觀交通模型既有微觀交通模型(續(xù)續(xù)1)模型模

30、型研制者研制者國家國家FREEVU華鐵盧大學(xué)土木系華鐵盧大學(xué)土木系加拿大加拿大FRESIM聯(lián)邦公路局聯(lián)邦公路局美國美國HUTSIM赫爾辛基理工大學(xué)赫爾辛基理工大學(xué)芬蘭芬蘭INTEGRATION皇后大學(xué)交通教研室皇后大學(xué)交通教研室加拿大加拿大MELROSE三鈴電氣公司三鈴電氣公司日本日本MICROSIM科隆大學(xué)并行計(jì)算中心科隆大學(xué)并行計(jì)算中心德國德國MICSTRAN國家警察科學(xué)研究所國家警察科學(xué)研究所日本日本38模型模型研制者研制者國家國家MITSIM麻省理工學(xué)院麻省理工學(xué)院美國美國MIXIC荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織荷蘭荷蘭NEMIS都靈自動(dòng)化研究所都靈自動(dòng)化研究所意大利意大利P

31、ADSIM諾汀漢諾汀漢-特倫特大學(xué)特倫特大學(xué)英國英國PARAMICS愛丁堡并行計(jì)算中心與卡斯愛丁堡并行計(jì)算中心與卡斯通有限公司通有限公司英國英國PHAROS模擬與培訓(xùn)研究所模擬與培訓(xùn)研究所美國美國PLANSIM-T科隆大學(xué)并行計(jì)算中心科隆大學(xué)并行計(jì)算中心德國德國既有微觀交通模型既有微觀交通模型(續(xù)續(xù)2)39模型模型研制者研制者國家國家SHIVACMU機(jī)器人研究所機(jī)器人研究所美國美國SIGSIM紐爾卡斯大學(xué)紐爾卡斯大學(xué)英國英國SIMDACToulouse研究中心研究中心法國法國SIMNET柏林技術(shù)大學(xué)柏林技術(shù)大學(xué)德國德國SISTM運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)室(TRL)英國英國SITRAS新南威爾士大學(xué)土

32、木系新南威爾士大學(xué)土木系澳大利亞澳大利亞SITRA-B+Toulouse研究中心研究中心法國法國既有微觀交通模型既有微觀交通模型(續(xù)續(xù)3)40模型模型研制者研制者國家國家TRANSIMS羅阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室羅阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室美國美國THOREAUMITRE公司公司美國美國TRAF-NETSIM聯(lián)邦公路局聯(lián)邦公路局美國美國VISSIMPTV系統(tǒng)軟件與咨詢公司系統(tǒng)軟件與咨詢公司德國德國既有微觀交通模型既有微觀交通模型(續(xù)續(xù)4)CORSIM是由是由TRAF-NETSIM(城市交通城市交通)與與FRESIM(高速公路高速公路)的合并。的合并。41輸入與輸出輸入與輸出輸出：輸出：(1)任何時(shí)刻路網(wǎng)各處

33、的車輛密度分布。任何時(shí)刻路網(wǎng)各處的車輛密度分布。通行路線。通行路線。(2)任何觀測點(diǎn)的車流量分布形態(tài)。任何觀測點(diǎn)的車流量分布形態(tài)。 (3)出行車輛到達(dá)目的地所需的時(shí)間及其分布。出行車輛到達(dá)目的地所需的時(shí)間及其分布。例如，交通預(yù)測函數(shù)以例如，交通預(yù)測函數(shù)以O(shè)D估計(jì)為輸入，提供估計(jì)為輸入，提供預(yù)測的交通量作為輸出。圖形信息可以作為交預(yù)測的交通量作為輸出。圖形信息可以作為交通模型的輸入。通模型的輸入。42關(guān)于交通現(xiàn)象的描述方法關(guān)于交通現(xiàn)象的描述方法天氣：通過速度天氣：通過速度-加速度行為刻畫；加速度行為刻畫；停頓車輛：通過特定節(jié)點(diǎn)、路段和車輛狀態(tài)刻畫；停頓車輛：通過特定節(jié)點(diǎn)、路段和車輛狀態(tài)刻畫；發(fā)動(dòng)

34、機(jī)模型：通過機(jī)械方法或加速率的改變來刻畫；發(fā)動(dòng)機(jī)模型：通過機(jī)械方法或加速率的改變來刻畫；車型：通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等刻畫；車型：通過車輛尺寸、重量、優(yōu)先級等刻畫；行人：主要通過轉(zhuǎn)向區(qū)及其相互作用來判斷；行人：主要通過轉(zhuǎn)向區(qū)及其相互作用來判斷；公交：通過固定車輛行駛線路來刻畫；公交：通過固定車輛行駛線路來刻畫；交通鎮(zhèn)靜措施：通過限制行駛速度、讓行、可變信息標(biāo)志、交通鎮(zhèn)靜措施：通過限制行駛速度、讓行、可變信息標(biāo)志、線路引導(dǎo)標(biāo)志刻畫；線路引導(dǎo)標(biāo)志刻畫；排隊(duì)：通過可利用空間約束、跟車及換道刻畫；排隊(duì)：通過可利用空間約束、跟車及換道刻畫；交織：通過強(qiáng)制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏交織：通過

35、強(qiáng)制換道、特定換道模型、決策規(guī)則、換道邏輯等刻畫；輯等刻畫；環(huán)島：通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。環(huán)島：通過車道分段、讓行、交織區(qū)等刻畫。43微觀仿真模型的基本要素微觀仿真模型的基本要素道路條件道路條件 包括：幾何參數(shù)、路面狀況、交通標(biāo)志、交通信號等。包括：幾何參數(shù)、路面狀況、交通標(biāo)志、交通信號等。車輛到達(dá)車輛到達(dá)車輛特征車輛特征 車輛動(dòng)力性能車輛動(dòng)力性能(最高車速和加減速能力最高車速和加減速能力)、車輛類型特征、車輛類型特征車輛間的相互作用車輛間的相互作用 人人車單元運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)只受車輛、道路條件和外部因素影響；車單元運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)只受車輛、道路條件和外部因素影響；除上述影響因素，還有其他人除上述影

36、響因素，還有其他人車單元影響。車單元影響。車輛間的相互作用車輛間的相互作用 駕駛員對來自其他車輛的干擾一般通過調(diào)整車速來體現(xiàn)的，駕駛員對來自其他車輛的干擾一般通過調(diào)整車速來體現(xiàn)的，當(dāng)條件允許，轉(zhuǎn)換車道或超車。當(dāng)條件允許，轉(zhuǎn)換車道或超車。44車輛行駛模型車輛行駛模型車輛的生成車輛的生成車輛狀態(tài)的確定車輛狀態(tài)的確定車輛的自由行使車輛的自由行使車輛的跟馳行駛車輛的跟馳行駛車輛的超車車輛的超車車道變換車道變換車輛停車車輛停車45典型的交通仿真模型典型的交通仿真模型微觀仿真中的交通模型微觀仿真中的交通模型道路微觀仿真用到的模型主要有三個(gè)系列道路微觀仿真用到的模型主要有三個(gè)系列: : 1 1 跟車跟車模型

37、模型 2 2 換道換道模型模型 3 3 信號響應(yīng)邏輯信號響應(yīng)邏輯模型模型多數(shù)軟件中采用的跟車模型以多數(shù)軟件中采用的跟車模型以HermanHerman等人提等人提出的模型為基礎(chǔ)，主要原則是出的模型為基礎(chǔ)，主要原則是根據(jù)后車與前車根據(jù)后車與前車的關(guān)系計(jì)算確定后車的的關(guān)系計(jì)算確定后車的加加/ /減速度減速度。4647車輛跟馳特性分析車輛跟馳特性分析制約性制約性 車速條件；間距條件。車速條件；間距條件。延遲性延遲性 駕駛員對于前車狀態(tài)改變有一個(gè)反應(yīng)過程，包括：感覺駕駛員對于前車狀態(tài)改變有一個(gè)反應(yīng)過程，包括：感覺 階段、認(rèn)識(shí)階段、判斷階段、執(zhí)行階段。階段、認(rèn)識(shí)階段、判斷階段、執(zhí)行階段。傳遞性傳遞性 具有

38、延遲性的向后傳遞的信息不是平滑連續(xù)的，而是象脈具有延遲性的向后傳遞的信息不是平滑連續(xù)的，而是象脈沖一樣間斷連續(xù)的。沖一樣間斷連續(xù)的。48跟車模型跟車模型 跟車模型以跟車模型以車頭時(shí)距車頭時(shí)距和和前后車的相對速前后車的相對速度度為基礎(chǔ)，一般可以分為三種模式：為基礎(chǔ)，一般可以分為三種模式：自由流模式自由流模式跟車模式跟車模式緊急減速模式緊急減速模式49車輛跟駛模型分類車輛跟駛模型分類刺激刺激反應(yīng)模型反應(yīng)模型安全距離模型安全距離模型生理生理心理模型心理模型模糊推理模型模糊推理模型元胞自動(dòng)機(jī)模型元胞自動(dòng)機(jī)模型50同一車道車輛相對運(yùn)動(dòng)過程示意圖同一車道車輛相對運(yùn)動(dòng)過程示意圖51 線性跟馳模型線性跟馳模型

39、刺激反應(yīng)方程的一種形式。反應(yīng)：駕駛員對他前刺激反應(yīng)方程的一種形式。反應(yīng)：駕駛員對他前面運(yùn)行車輛的反作用。面運(yùn)行車輛的反作用。 反應(yīng)反應(yīng)(t+T)=靈敏度靈敏度刺激刺激(t)車輛跟馳：車輛跟馳：交通規(guī)則限制或者鄰近車道交通量大交通規(guī)則限制或者鄰近車道交通量大駕駛員無法超車駕駛員無法超車 跟著前頭車輛行駛。跟著前頭車輛行駛。52駕駛員分類特征駕駛員分類特征駕駛員的反應(yīng)過程包括駕駛員的反應(yīng)過程包括4個(gè)階段：感覺階段、認(rèn)識(shí)階個(gè)階段：感覺階段、認(rèn)識(shí)階段、判斷階段、執(zhí)行階段這段、判斷階段、執(zhí)行階段這4個(gè)階段所需要的時(shí)間個(gè)階段所需要的時(shí)間稱為稱為反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間例如駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，它包例如駕駛員的制動(dòng)

40、反應(yīng)時(shí)間，它包括接受刺激后大腦的反射時(shí)間，腳從加速踏板移到括接受刺激后大腦的反射時(shí)間，腳從加速踏板移到制動(dòng)踏板的更換時(shí)間，踩下制動(dòng)踏板到制動(dòng)器起作制動(dòng)踏板的更換時(shí)間，踩下制動(dòng)踏板到制動(dòng)器起作用的制動(dòng)傳遞延誤時(shí)間，三者總和為制動(dòng)反應(yīng)時(shí)用的制動(dòng)傳遞延誤時(shí)間，三者總和為制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間間美國各州公路工作者協(xié)會(huì)建議，對所有車速在確定美國各州公路工作者協(xié)會(huì)建議，對所有車速在確定安全停車距離時(shí)，反應(yīng)時(shí)間用安全停車距離時(shí)，反應(yīng)時(shí)間用2.5s，在確定交叉口視，在確定交叉口視距時(shí)用距時(shí)用2.0s一般總的反應(yīng)時(shí)間在一般總的反應(yīng)時(shí)間在0.52.2 S之間之間反應(yīng)速度的快慢與駕駛員對行車環(huán)境的熟悉程度、反應(yīng)速度的快慢與駕

41、駛員對行車環(huán)境的熟悉程度、駕駛經(jīng)歷、駕駛員的年齡、性別、氣質(zhì)等有關(guān)。駕駛經(jīng)歷、駕駛員的年齡、性別、氣質(zhì)等有關(guān)。53車輛的跟馳位置位置圖車輛的跟馳位置位置圖12n1n)(txn0 x假設(shè)：假設(shè)：路上有多輛車路上有多輛車列隊(duì)行駛列隊(duì)行駛，并且，并且禁止超車禁止超車。前方車輛前方車輛: :行駛速度發(fā)生變化行駛速度發(fā)生變化跟隨車輛跟隨車輛: :駕駛員調(diào)整自己車輛的速度，保持安全行駕駛員調(diào)整自己車輛的速度，保持安全行車距離。車距離。A.Reuschel和和L.A.Pipes方程式方程式: : 基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn))(txn：t時(shí)刻車輛時(shí)刻車輛n的位置的位置54式中，式中， ：車輛距基準(zhǔn)點(diǎn)的距離；：車輛距基準(zhǔn)點(diǎn)的

42、距離； ：車輛的速度；：車輛的速度； ：車輛的加速度；：車輛的加速度； ：常數(shù)：常數(shù), 反應(yīng)強(qiáng)度。反應(yīng)強(qiáng)度。跟馳車輛的加速度與其與相鄰前方車輛的速度跟馳車輛的加速度與其與相鄰前方車輛的速度差成正比。差成正比。)()()(1 1txtxtxnnn)(txn，)(txn(1)(txn55上述上述 模模 型型 ，采用簡單的刺激一反應(yīng)特性過于簡單，難，采用簡單的刺激一反應(yīng)特性過于簡單，難以反映駕駛員在行車過程中其感知、反應(yīng)、判斷等心理、以反映駕駛員在行車過程中其感知、反應(yīng)、判斷等心理、生理行為特性及其過程的復(fù)雜性，并且存在如下一些生理行為特性及其過程的復(fù)雜性，并且存在如下一些缺陷缺陷:前車的刺激與后車

43、的反應(yīng)是一一對應(yīng)的關(guān)系。而現(xiàn)前車的刺激與后車的反應(yīng)是一一對應(yīng)的關(guān)系。而現(xiàn)實(shí)的跟車行為是隨交通條件和流量條件的變化而變實(shí)的跟車行為是隨交通條件和流量條件的變化而變化的?；摹：筌嚹芤源_定性的方式對與前車的相對速度的微小后車能以確定性的方式對與前車的相對速度的微小變化作出反應(yīng)，且后車對正負(fù)相對速度的敏感程度變化作出反應(yīng)，且后車對正負(fù)相對速度的敏感程度相同，即相同的相對速度相同，即相同的相對速度(絕對值絕對值)下，后車的加減下，后車的加減速度速度(絕對值絕對值)相同。而實(shí)際觀測表明當(dāng)兩車的距離相同。而實(shí)際觀測表明當(dāng)兩車的距離增加或減小時(shí)，駕駛員的反應(yīng)不相同。增加或減小時(shí)，駕駛員的反應(yīng)不相同。前后兩車

44、的車速相同時(shí)，允許兩車的車頭間距無限前后兩車的車速相同時(shí)，允許兩車的車頭間距無限減少直至為零等。減少直至為零等。56安全距離模型安全距離模型 安全距離模型也稱防撞模型，該模型最基本的關(guān)安全距離模型也稱防撞模型，該模型最基本的關(guān)系是尋找一個(gè)特定的系是尋找一個(gè)特定的跟車距離跟車距離（通過經(jīng)典牛頓定（通過經(jīng)典牛頓定律推導(dǎo)出）。律推導(dǎo)出）。 大多數(shù)情況只需知道駕駛員降采用的最大制動(dòng)減大多數(shù)情況只需知道駕駛員降采用的最大制動(dòng)減速度，就能滿足模型的需要。速度，就能滿足模型的需要。 與實(shí)際情況存在著差距，進(jìn)行能力分析時(shí)很難與與實(shí)際情況存在著差距，進(jìn)行能力分析時(shí)很難與實(shí)際最大交通量吻合。實(shí)際最大交通量吻合。5

45、7生理心理模型生理心理模型 也稱反應(yīng)點(diǎn)模型（也稱反應(yīng)點(diǎn)模型（AP模型），這類模型用一系列閾模型），這類模型用一系列閾值和期望距離體現(xiàn)人的感覺和反應(yīng)，這些界限值劃值和期望距離體現(xiàn)人的感覺和反應(yīng)，這些界限值劃定了不同的值域，在不同的值域，后車與前車存在定了不同的值域，在不同的值域，后車與前車存在著不同的影響關(guān)系。著不同的影響關(guān)系。司機(jī)通過分析視野中前車尺寸的變化，前車在司機(jī)司機(jī)通過分析視野中前車尺寸的變化，前車在司機(jī)視覺中投影夾角的變化，感知前后車相對速度的變視覺中投影夾角的變化，感知前后車相對速度的變化，根據(jù)公認(rèn)的感知閾值，判斷是否正在與前車接化，根據(jù)公認(rèn)的感知閾值，判斷是否正在與前車接近，一旦

46、超過這個(gè)閾值，司機(jī)將選擇減速，使對相近，一旦超過這個(gè)閾值，司機(jī)將選擇減速，使對相對速度的感知不超過這個(gè)閩值。是否能夠感知到前對速度的感知不超過這個(gè)閩值。是否能夠感知到前車的變化是后車司機(jī)進(jìn)行任何操作的基礎(chǔ)。車的變化是后車司機(jī)進(jìn)行任何操作的基礎(chǔ)。生理心理模型是一種生理心理模型是一種跟馳決策模型跟馳決策模型。58車輛跟馳狀態(tài)劃分的三個(gè)階段車輛跟馳狀態(tài)劃分的三個(gè)階段兩車的速度差低于速度感知閾值，駕駛員僅通兩車的速度差低于速度感知閾值，駕駛員僅通過對距離的感知來確定他是否處于逼近狀態(tài)；過對距離的感知來確定他是否處于逼近狀態(tài)；速度差超過閾值，駕駛員降低車速，從而使視速度差超過閾值，駕駛員降低車速，從而使

47、視角變化率維持在閾值附近；角變化率維持在閾值附近；駕駛員在一個(gè)確保車輛駕駛和速度控制的車頭駕駛員在一個(gè)確保車輛駕駛和速度控制的車頭時(shí)距下，盡量降相對速度保持為零。時(shí)距下，盡量降相對速度保持為零。59行為閾值模型行為閾值模型 生理心理模型的一種類型，理論基礎(chǔ)是駕駛員生理心理模型的一種類型，理論基礎(chǔ)是駕駛員的生理心理行為。的生理心理行為。 最深入、最符合實(shí)際駕駛行為的是最深入、最符合實(shí)際駕駛行為的是MISSION模型。模型。 優(yōu)點(diǎn)：充分考慮了駕駛員的心理、生理因素對駕優(yōu)點(diǎn)：充分考慮了駕駛員的心理、生理因素對駕駛行為的影響和制約，建模方法上最接近實(shí)際情駛行為的影響和制約，建模方法上最接近實(shí)際情況。況

48、。 缺點(diǎn)：模型的參數(shù)較多，子模型之間的相互關(guān)系缺點(diǎn)：模型的參數(shù)較多，子模型之間的相互關(guān)系比較復(fù)雜。各種閾值的調(diào)查觀測比較困難。比較復(fù)雜。各種閾值的調(diào)查觀測比較困難。 60行為閾值模型理論基礎(chǔ)行為閾值模型理論基礎(chǔ)駕駛員的駕駛行為受駕駛員的心理、生理因素駕駛員的駕駛行為受駕駛員的心理、生理因素的共同制約，表現(xiàn)為：集體特征夾雜著個(gè)體行的共同制約，表現(xiàn)為：集體特征夾雜著個(gè)體行為而表現(xiàn)出隨機(jī)性和復(fù)雜性。為而表現(xiàn)出隨機(jī)性和復(fù)雜性。駕駛員對引導(dǎo)性車輛兩種反應(yīng)：適應(yīng)性反應(yīng)和駕駛員對引導(dǎo)性車輛兩種反應(yīng)：適應(yīng)性反應(yīng)和機(jī)會(huì)形反應(yīng)。機(jī)會(huì)形反應(yīng)。駕駛員對阻止性車輛的反應(yīng)：預(yù)防性反應(yīng)。駕駛員對阻止性車輛的反應(yīng)：預(yù)防性反應(yīng)

49、。在保持車道行使的狀態(tài)下，駕駛員只能是適應(yīng)在保持車道行使的狀態(tài)下，駕駛員只能是適應(yīng)性反應(yīng)；在變換車道的狀態(tài)中，駕駛員可能是性反應(yīng)；在變換車道的狀態(tài)中，駕駛員可能是機(jī)會(huì)性反應(yīng)，也可能是適應(yīng)性反應(yīng)。機(jī)會(huì)性反應(yīng)，也可能是適應(yīng)性反應(yīng)。61模型表述模型表述MISSION模型中根據(jù)模型中根據(jù)車流狀況車流狀況及及閾值界限閾值界限分為分為三個(gè)反應(yīng)區(qū)：三個(gè)反應(yīng)區(qū)：有意識(shí)反應(yīng)（逼近前車區(qū)、制動(dòng)避禍區(qū)、撞車有意識(shí)反應(yīng)（逼近前車區(qū)、制動(dòng)避禍區(qū)、撞車危險(xiǎn)區(qū)）；危險(xiǎn)區(qū)）；無意識(shí)反應(yīng)區(qū)（跟車行駛區(qū)）；無意識(shí)反應(yīng)區(qū)（跟車行駛區(qū)）；無反應(yīng)區(qū)（反應(yīng)上限、自由行使區(qū)、脫離前車無反應(yīng)區(qū)（反應(yīng)上限、自由行使區(qū)、脫離前車區(qū)）；區(qū)）；62

50、界限值的劃分（界限值的劃分（1）AX 靜止車輛的期望距離，包括前車的車長和前、后車的靜止車輛的期望距離，包括前車的車長和前、后車的期望距離。服從正態(tài)分布，分布依賴于駕駛員對安全期望距離。服從正態(tài)分布，分布依賴于駕駛員對安全的需求。的需求。ABX 在較小速度差下的最小期望跟駛距離，包括在較小速度差下的最小期望跟駛距離，包括AX和速度和速度依附項(xiàng)。也服從正態(tài)分布。實(shí)際交通中，這個(gè)距離與依附項(xiàng)。也服從正態(tài)分布。實(shí)際交通中，這個(gè)距離與速度不是完全成正比。速度不是完全成正比。63界限值的劃分（界限值的劃分（2）SDV（量綱為速度）（量綱為速度） 距離較大時(shí)速度差的界限值。表示駕駛員有意識(shí)的感覺距離較大時(shí)

51、速度差的界限值。表示駕駛員有意識(shí)的感覺到他正在靠近一輛低速行使的車輛的臨界點(diǎn)。駕駛員減到他正在靠近一輛低速行使的車輛的臨界點(diǎn)。駕駛員減速到前車的速度，并與前車保持速到前車的速度，并與前車保持ABX。SDX（量綱為距離）（量綱為距離） 跟駛過程中意識(shí)到距離變大的界限值，說明駕駛員有意跟駛過程中意識(shí)到距離變大的界限值，說明駕駛員有意識(shí)地感覺自己正在脫離跟駛狀態(tài)而離前車越來越遠(yuǎn)。識(shí)地感覺自己正在脫離跟駛狀態(tài)而離前車越來越遠(yuǎn)。SDX1.52.5倍倍ABX變化。變化。64界限值的劃分（界限值的劃分（3）CLDV（量綱為速度）（量綱為速度） 短距離時(shí)意識(shí)到很小的速度差并且距離減少的界限值。短距離時(shí)意識(shí)到很

52、小的速度差并且距離減少的界限值。當(dāng)以很小速度差跟隨前車行使時(shí)，駕駛員意識(shí)到正處于當(dāng)以很小速度差跟隨前車行使時(shí)，駕駛員意識(shí)到正處于一個(gè)逼近過程，不得不減小車速避免事故。一個(gè)逼近過程，不得不減小車速避免事故。OPDV（量綱為速度）（量綱為速度） 短距離時(shí)意識(shí)到很小的速度差存在，并且距離增大的界短距離時(shí)意識(shí)到很小的速度差存在，并且距離增大的界限值。限值。OPDV約為約為CLDV的的13倍。倍。65車輛跟車行駛閾值示意圖車輛跟車行駛閾值示意圖66MISSION模型的判斷流程圖模型的判斷流程圖67模糊推理模型模糊推理模型主要通過駕駛員未來的邏輯推理來研究駕駛行主要通過駕駛員未來的邏輯推理來研究駕駛行為。

53、為。最大的特色是將模型的輸入項(xiàng)分為幾個(gè)相互部最大的特色是將模型的輸入項(xiàng)分為幾個(gè)相互部分重疊的模糊集，每個(gè)模糊集用來描述各項(xiàng)的分重疊的模糊集，每個(gè)模糊集用來描述各項(xiàng)的隸屬度。隸屬度。車輛跟馳模型使用三角隸屬度函數(shù)。兩個(gè)輸入車輛跟馳模型使用三角隸屬度函數(shù)。兩個(gè)輸入變量：前后兩車的相對距離和相對速度。變量：前后兩車的相對距離和相對速度。模型的核心仍是刺激模型的核心仍是刺激反應(yīng)關(guān)系。反應(yīng)關(guān)系。68模糊推理模型的分類模糊推理模型的分類是通過對現(xiàn)有確定性模型參數(shù)的模糊化來是通過對現(xiàn)有確定性模型參數(shù)的模糊化來反映駕駛員的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則；反映駕駛員的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則；利用基于駕駛規(guī)則的直接自然語言組成的利用基于駕駛規(guī)則的直

54、接自然語言組成的模糊邏輯推理系統(tǒng)。模糊邏輯推理系統(tǒng)。后者更能反應(yīng)駕駛員在跟車時(shí)的決策過程，后者更能反應(yīng)駕駛員在跟車時(shí)的決策過程，因此成為目前研究的熱點(diǎn)。因此成為目前研究的熱點(diǎn)。69707172元胞自動(dòng)機(jī)元胞自動(dòng)機(jī) 元胞自動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是空間、時(shí)間和狀態(tài)離散化。元胞自動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是空間、時(shí)間和狀態(tài)離散化。其運(yùn)行規(guī)則主要有：所有元胞的狀態(tài)同時(shí)發(fā)生變其運(yùn)行規(guī)則主要有：所有元胞的狀態(tài)同時(shí)發(fā)生變化；且在化；且在t十十l時(shí)刻，第時(shí)刻，第i個(gè)元胞的狀態(tài)由時(shí)刻個(gè)元胞的狀態(tài)由時(shí)刻t的的第第i個(gè)元胞以及相鄰的有限個(gè)元胞的狀態(tài)共同決個(gè)元胞以及相鄰的有限個(gè)元胞的狀態(tài)共同決定。定。時(shí)間、空間和車輛速度都被整數(shù)離散化時(shí)間、空間

55、和車輛速度都被整數(shù)離散化道路被劃分為等距離的離散的格子，即元胞道路被劃分為等距離的離散的格子，即元胞每個(gè)元胞或者是空的，或者被一輛車所占據(jù)每個(gè)元胞或者是空的，或者被一輛車所占據(jù)車輛的速度可以在（車輛的速度可以在（0 0VmaxVmax）之間取值）之間取值73基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車輛跟馳模型基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車輛跟馳模型這類模型的主要特點(diǎn)是這類模型的主要特點(diǎn)是:自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、適時(shí)性和容錯(cuò)性，適于模擬駕駛員感知適時(shí)性和容錯(cuò)性，適于模擬駕駛員感知和決策過程的不確定性數(shù)據(jù)量大且對數(shù)和決策過程的不確定性數(shù)據(jù)量大且對數(shù)據(jù)的平衡性要求較高。據(jù)的平衡性要求較高。74其他跟馳模型其他跟馳模型基于動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)

56、車輛跟馳模型基于動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)車輛跟馳模型適用于彎度與坡度的跟馳模型適用于彎度與坡度的跟馳模型基于期望間距的微觀車輛跟馳模型基于期望間距的微觀車輛跟馳模型基于可變跟馳時(shí)間和隨機(jī)因素的車輛跟馳基于可變跟馳時(shí)間和隨機(jī)因素的車輛跟馳模型模型基于滯后時(shí)間的非線性模型基于滯后時(shí)間的非線性模型75車輛跟馳模型研究的趨勢車輛跟馳模型研究的趨勢隨著隨著 ITS、駕駛員信息誘導(dǎo)系統(tǒng)和車輛自動(dòng)智能巡航系、駕駛員信息誘導(dǎo)系統(tǒng)和車輛自動(dòng)智能巡航系統(tǒng)的開發(fā)建立，統(tǒng)的開發(fā)建立，駕駛員的跟馳行為將在很大程度上有別駕駛員的跟馳行為將在很大程度上有別于過去于過去。開發(fā)了許多針對特定問題研究的跟馳模型。如針對高速開發(fā)了許多針對特定

57、問題研究的跟馳模型。如針對高速公路與城市道路開發(fā)的不同的跟馳模型公路與城市道路開發(fā)的不同的跟馳模型;針對駕駛員信息針對駕駛員信息誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型;在在ITS研究中針對特定控制下的車輛跟研究中針對特定控制下的車輛跟馳模型等。馳模型等。由于交通系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是跟馳行為影響因素的多由于交通系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是跟馳行為影響因素的多樣性、因素自身的隨機(jī)性以及影響程度的度量困難，目樣性、因素自身的隨機(jī)性以及影響程度的度量困難，目前尚前尚沒有一個(gè)公認(rèn)的可以完全仿真跟馳行為的模型沒有一個(gè)公認(rèn)的可以完全仿真跟馳行為的模型。我我國缺乏建立跟馳模型所需的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交通環(huán)境、國缺乏建立跟馳模型所需

58、的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交通環(huán)境、交通流構(gòu)成、駕駛員心理特性等方面都與國外有著較大交通流構(gòu)成、駕駛員心理特性等方面都與國外有著較大差異。差異。76換道模型換道模型車輛車輛跟馳模型跟馳模型與與換道模型換道模型是微觀仿真最重要的是微觀仿真最重要的2個(gè)個(gè)模型，換道模型更復(fù)雜，更難用數(shù)學(xué)方法描述；模型，換道模型更復(fù)雜，更難用數(shù)學(xué)方法描述；換車道行為換車道行為是駕駛員由自身駕駛特征，針對周圍是駕駛員由自身駕駛特征，針對周圍車輛車輛車速、間隙車速、間隙等周邊環(huán)境信息刺激，調(diào)整并完等周邊環(huán)境信息刺激，調(diào)整并完成自身駕駛目標(biāo)則略的總和過程。包括信息判斷成自身駕駛目標(biāo)則略的總和過程。包括信息判斷和操作執(zhí)行。和操作執(zhí)行。

59、必需要有大量的微觀車輛信息作為基礎(chǔ)。必需要有大量的微觀車輛信息作為基礎(chǔ)。目前最常用的是目前最常用的是Gipps(1986)年提出的。換道的計(jì)年提出的。換道的計(jì)算主要以算主要以換道概率換道概率、換道加速度換道加速度、可接受間隙可接受間隙等等指標(biāo)反映。換道根據(jù)需求和類型可分為指標(biāo)反映。換道根據(jù)需求和類型可分為強(qiáng)制換道強(qiáng)制換道與與自由換道自由換道。77現(xiàn)有研究對換道模型及換道規(guī)則過于簡單?，F(xiàn)有研究對換道模型及換道規(guī)則過于簡單。具體的換道行為研究中，早期的有具體的換道行為研究中，早期的有Gipps模型、模型、FRESM模型和模型和ETSIM模型，后來又逐漸發(fā)展了模型，后來又逐漸發(fā)展了MITSIM模型、

60、模型、SITRAS模型模型 和基于效用選擇、模和基于效用選擇、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的模型。糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的模型。大多數(shù)模型在進(jìn)行換道可行性檢測時(shí)，考慮目標(biāo)車大多數(shù)模型在進(jìn)行換道可行性檢測時(shí)，考慮目標(biāo)車道前后空檔是否大于道前后空檔是否大于最小安全間隙最小安全間隙，若滿足則執(zhí)行，若滿足則執(zhí)行換道；沒有考慮在前后空檔不充足的情況下，司機(jī)換道；沒有考慮在前后空檔不充足的情況下，司機(jī)們可能存在的競爭合作博弈。們可能存在的競爭合作博弈。目前的換道模型能很好地反映非飽和流時(shí)司機(jī)的換目前的換道模型能很好地反映非飽和流時(shí)司機(jī)的換道行為，但卻不太適用于飽和流的狀況。道行為，但卻不太適用于飽和流的狀況。