交通运输道路交通系统仿真模型与方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八讲 道路交通系统仿 真模型与方法
主要内容
一、系统仿真模型的分类 二、道路交通系统仿真模型的发展 三、微观交通仿真模型 四、中观交通仿真模型 五、宏观交通仿真模型 六、道路交通系统仿真方法
一、系统仿真模型的分类
模型种类：物理仿真和数学仿真 时间：动态仿真模型和静态仿真模型 状态变量的取值：连续性模型和离散性模型 模型参数：确定性仿真和随机性仿真 仿真输出结果：数字仿真与图像仿真 交通系统描述细节程度：宏观仿真、中观仿真和微观
仿真
宏观交通仿真
宏观交通仿真不对某具体车辆的运动过程进行描述，即不 考虑个别车辆的运动，而是从统计意义上成批地考虑车辆 的运动。例如,交通流可以通过流量、密度、速度关系等 一些集聚性的宏观模型来描述，而象车辆的车道变换之类 的细节行为可能根本就不予以描述。
宏观交通仿真模型适用于描述系统的总体特性，并试图通 过真实反映系统中的所有个体特性来反映系统的总体特性。 对计算机资源要求较低，仿真速度很快。宏观仿真模型的 重要参数是速度、密度和流量。
宏观交通仿真模型对交通系统的要素及行为的细节描述程 度较低。同微观仿真相比其精度低，应用的范围也小。
用于研究基础设施的新建、扩建及宏观管理措施等。如大 规模的路网范围内进行交通宏观仿真。
中观交通仿真
在宏观交通网络的基础上，将个体车辆放入宏观交通流中 进行分析，根据模拟的需要，对特定车辆的速度、位置及 其它属性进行标识，或对个体车辆分组，再对每组车辆的 速度、位置及其它属性进行标识。
微观交通仿真对计算机资源要求较高，它的仿真速度慢， 用于研究交通流与局部的道路设施的相互影响（如车道划 分、道路宽度、弯道、坡度及公交站的设置等），也用于 交通控制仿真（如交通信号灯控制、让路停车等）。
二、 道路交通系统仿真模型的发展
20世纪60年代：英国的D. L.罗伯逊于1968年提出 TRANSYT（宏观仿真）交通仿真软件是当时最具代表性 的成果，用以确定定时交通信号参数的最优值。
能够产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速 度等，获得交通流的各种统计数据；
能够处理车辆在路网上的运行情况，准确地反映出车辆 间的相互作用，如跟驰、车道变换时的相互作用，以及 驾驶员的行为；
能够处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点 能够跟踪路网内行驶的任何一辆车，真实地模拟交通控
三、微观交通仿真模型
微观交通仿真模型基本上由两大部分组成： 一部分是路网几何形状的精确描述，包括信号灯、检
测器、可变信息标示等交通设施。 另一部分是每辆车动态交通行为的精确模拟，这种模
拟要考虑驾驶员的行为并根据车型加以区分。
1 交通流微观仿真系统的功能要求
能够建立和处理不同形式的路网，清晰地表现路网的 几何形状，包括交通设施，如信号灯，车辆检测器等；
80年代初已形成了CORQ、FREQ、INTRAS、MACK和 源自文库COT等五大仿真模型，用于高速公路匝道控制和事故 研究。主要以优化城市道路的信号设计为应用目的，多 采用宏观模型。
90年代一些比较知名的交通仿真软件有FRESIM[FHWA （1994)]、CORSIM[FHWA（1996）]等先后相继推出。德 国PTV公司也推出模拟城市道路与城市间高速公路交通 流的微观交通仿真软件VISSIM及用于城市和乡村道路网 短期交通预测的中观交通仿真软件DYNEMO。
制策略（定周期、自适应、匝道控制等）；
1 交通流微观仿真系统的功能要求
能够模拟先进的交通管理策略，如路径重定向、速度控 制和车道控制等；
能够提供与外部应用程序交互的接口； 能够模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通中心
的信息交换； 能够应用于一般的路网，包括城市道路和城市间的高
速公路； 能够仿真路网交通流的状况，如交通需求的变化等； 能够模拟公共交通； 提供结果分析的工具和图形化的交互界面。
中观交通仿真模型对交通系统的要素及行为的细节描述程 度较高。其对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为 单元,能够描述队列在路段和节点的流入流出行为,对车辆 的车道变换之类的行为也可用简单的方式近似描述。
这一仿真系统可以用来拟定、评价在较大范围内进行交通 控制和干预的措施和方法，从而对交通流进行最优控制。 根据目前计算机硬件的发展水平，可以在较大规模的路网 范围内进行交通中观仿真，如ITS中面向诱导的交通仿真。
车辆的生成与到达
车辆的到达在某种程度上具有随机性，统计规律可用 车头时距的分布来描述
当描述有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列 车流的车头时距分布时，常选用负指数分布
P（ht >t）=exp（-Qt/3600）
描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流量低 的车流的车头时距分布时，常选用移位的负指数分布
交通仿真的发展趋势
目前交通微观仿真模型已有一百多个。其中，多数模 型使用时间步长扫描法，只有少数几种模型采用事件 扫描法。
在现有的交通仿真模型中，以时间扫描作为计算进程 控制的随机性微观仿真模型是当前交通仿真研究的热 点
随着智能运输系统ITS的发展与应用，如何开发支持 ITS影响评价的仿真模型已成为国际流行的发展趋势。
2 微观交通仿真基本模型
微观交通仿真模型的基本构成
车辆行驶行为模型 交通控制状态模型 交通管理状态模型 道路几何状态模型
车辆行驶行为模型通过对车辆在各种约束条件下行驶 行为的描述反映路网交通状态，是模型体系的核心。
后三者侧重于对各类方案的描述，并确定车辆行驶行 为模型的约束条件。
微观交通仿真
微观交通仿真把每辆车作为一个研究对象，对所有个体车 辆都进行标识和定位。在每一扫描时段，车辆的速度、加 速度及其它车辆特性被更新。
微观交通仿真能模拟出短时段内交通流的波动情况。跟驰 模型、超车模型及变换车道模型是微观仿真的基本模型。
对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的,进入路网的 时间、车种、车速的设定及路口的转向都是随机确定的。 微观仿真模型的重要参数是每辆车的速度和位置。
主要内容
一、系统仿真模型的分类 二、道路交通系统仿真模型的发展 三、微观交通仿真模型 四、中观交通仿真模型 五、宏观交通仿真模型 六、道路交通系统仿真方法
一、系统仿真模型的分类
模型种类：物理仿真和数学仿真 时间：动态仿真模型和静态仿真模型 状态变量的取值：连续性模型和离散性模型 模型参数：确定性仿真和随机性仿真 仿真输出结果：数字仿真与图像仿真 交通系统描述细节程度：宏观仿真、中观仿真和微观
仿真
宏观交通仿真
宏观交通仿真不对某具体车辆的运动过程进行描述，即不 考虑个别车辆的运动，而是从统计意义上成批地考虑车辆 的运动。例如,交通流可以通过流量、密度、速度关系等 一些集聚性的宏观模型来描述，而象车辆的车道变换之类 的细节行为可能根本就不予以描述。
宏观交通仿真模型适用于描述系统的总体特性，并试图通 过真实反映系统中的所有个体特性来反映系统的总体特性。 对计算机资源要求较低，仿真速度很快。宏观仿真模型的 重要参数是速度、密度和流量。
宏观交通仿真模型对交通系统的要素及行为的细节描述程 度较低。同微观仿真相比其精度低，应用的范围也小。
用于研究基础设施的新建、扩建及宏观管理措施等。如大 规模的路网范围内进行交通宏观仿真。
中观交通仿真
在宏观交通网络的基础上，将个体车辆放入宏观交通流中 进行分析，根据模拟的需要，对特定车辆的速度、位置及 其它属性进行标识，或对个体车辆分组，再对每组车辆的 速度、位置及其它属性进行标识。
微观交通仿真对计算机资源要求较高，它的仿真速度慢， 用于研究交通流与局部的道路设施的相互影响（如车道划 分、道路宽度、弯道、坡度及公交站的设置等），也用于 交通控制仿真（如交通信号灯控制、让路停车等）。
二、 道路交通系统仿真模型的发展
20世纪60年代：英国的D. L.罗伯逊于1968年提出 TRANSYT（宏观仿真）交通仿真软件是当时最具代表性 的成果，用以确定定时交通信号参数的最优值。
能够产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速 度等，获得交通流的各种统计数据；
能够处理车辆在路网上的运行情况，准确地反映出车辆 间的相互作用，如跟驰、车道变换时的相互作用，以及 驾驶员的行为；
能够处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点 能够跟踪路网内行驶的任何一辆车，真实地模拟交通控
三、微观交通仿真模型
微观交通仿真模型基本上由两大部分组成： 一部分是路网几何形状的精确描述，包括信号灯、检
测器、可变信息标示等交通设施。 另一部分是每辆车动态交通行为的精确模拟，这种模
拟要考虑驾驶员的行为并根据车型加以区分。
1 交通流微观仿真系统的功能要求
能够建立和处理不同形式的路网，清晰地表现路网的 几何形状，包括交通设施，如信号灯，车辆检测器等；
80年代初已形成了CORQ、FREQ、INTRAS、MACK和 源自文库COT等五大仿真模型，用于高速公路匝道控制和事故 研究。主要以优化城市道路的信号设计为应用目的，多 采用宏观模型。
90年代一些比较知名的交通仿真软件有FRESIM[FHWA （1994)]、CORSIM[FHWA（1996）]等先后相继推出。德 国PTV公司也推出模拟城市道路与城市间高速公路交通 流的微观交通仿真软件VISSIM及用于城市和乡村道路网 短期交通预测的中观交通仿真软件DYNEMO。
制策略（定周期、自适应、匝道控制等）；
1 交通流微观仿真系统的功能要求
能够模拟先进的交通管理策略，如路径重定向、速度控 制和车道控制等；
能够提供与外部应用程序交互的接口； 能够模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通中心
的信息交换； 能够应用于一般的路网，包括城市道路和城市间的高
速公路； 能够仿真路网交通流的状况，如交通需求的变化等； 能够模拟公共交通； 提供结果分析的工具和图形化的交互界面。
中观交通仿真模型对交通系统的要素及行为的细节描述程 度较高。其对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为 单元,能够描述队列在路段和节点的流入流出行为,对车辆 的车道变换之类的行为也可用简单的方式近似描述。
这一仿真系统可以用来拟定、评价在较大范围内进行交通 控制和干预的措施和方法，从而对交通流进行最优控制。 根据目前计算机硬件的发展水平，可以在较大规模的路网 范围内进行交通中观仿真，如ITS中面向诱导的交通仿真。
车辆的生成与到达
车辆的到达在某种程度上具有随机性，统计规律可用 车头时距的分布来描述
当描述有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列 车流的车头时距分布时，常选用负指数分布
P（ht >t）=exp（-Qt/3600）
描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流量低 的车流的车头时距分布时，常选用移位的负指数分布
交通仿真的发展趋势
目前交通微观仿真模型已有一百多个。其中，多数模 型使用时间步长扫描法，只有少数几种模型采用事件 扫描法。
在现有的交通仿真模型中，以时间扫描作为计算进程 控制的随机性微观仿真模型是当前交通仿真研究的热 点
随着智能运输系统ITS的发展与应用，如何开发支持 ITS影响评价的仿真模型已成为国际流行的发展趋势。
2 微观交通仿真基本模型
微观交通仿真模型的基本构成
车辆行驶行为模型 交通控制状态模型 交通管理状态模型 道路几何状态模型
车辆行驶行为模型通过对车辆在各种约束条件下行驶 行为的描述反映路网交通状态，是模型体系的核心。
后三者侧重于对各类方案的描述，并确定车辆行驶行 为模型的约束条件。
微观交通仿真
微观交通仿真把每辆车作为一个研究对象，对所有个体车 辆都进行标识和定位。在每一扫描时段，车辆的速度、加 速度及其它车辆特性被更新。
微观交通仿真能模拟出短时段内交通流的波动情况。跟驰 模型、超车模型及变换车道模型是微观仿真的基本模型。
对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的,进入路网的 时间、车种、车速的设定及路口的转向都是随机确定的。 微观仿真模型的重要参数是每辆车的速度和位置。