交通仿真原理及交通仿真模型建立方法

交通仿真原理及交通仿真模型建立方法

摘要：交通仿真是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用，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。本文在当今社会的背景下，回顾国内外交通仿真技术的发展历程，并简要分析了交通仿真技术的主要特点，然后通过交通仿真模型的建立，更加深入了解交通仿真技术。

关键词：交通仿真交通仿真模型

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。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。

一、引言

随着社会的发展，影响交通系统的相关因素越来越多，而我们又总是力求寻找最优解决方案，以期解决各种交通问题，然而，在现实交通环境中，某些领域需要大量资金的投入，某些领域还隐含着很多不安全因素，这就使得寻求最优方案的期望变得很渺茫，甚至是不可能现实的。此时，应用计算机技术进行交通仿真就成为了一种很有效的技术手段。计算机仿真是目前人们进行科学研究和解决现实中难以实现问题的一种主要方法。【l】根据研究对象的不同，交通仿真有两种主要模型：宏观仿真模型、中宏观仿真模型和微观仿真模型【2】

交通仿真系统可以为交通管理系统设计方案评价、道路几何设计方案评价、交通工程理论研究、交通安全分析、新交通技术和设想的测试以及人员培训等诸多应用领域提供方便、高效的实验分析工具。交通仿真为交通道路设计规划提供技术依据，而且还可以对各种参数进行比较和评价，以及环境影响的评价等。随着计算机和信息技术的发展，及其在交通领域日益广泛的应用，智能交通系统(ITS)无疑将成为交通领域和其它相关领域中极具前景的研究方向。

二、交通仿真原理及交通仿真模型建立

（一）、交通仿真技术的发展历程简介

早期的仿真模型主要为宏观模型，模型的描述精度较低，适应的路网范围较小。七、八十年代，由于计算机技术的迅速发展，微观交通仿真模型开始出现，模型描述精度迅速提高，功能更加多样，较多地应用于交通设计和信号控制方案的优化等方面。九十年代初以来，随着智能交通系统研究的开展，开发了一大批能够定量评价和分析智能交通系统效益的仿真模型和软件系统，目前的一些

主流交通仿真模型大都起源于这一时期，如英国Quadstone公司开发的Paramics 模型，德国 PTV 公司开发的 VISSIM 模型。新世纪以来，新一代交通仿真技术得到更全面的提升，呈现出诸多新的特点。首先是仿真模型在精度和描述能力方面不断改进，对描述复杂路网形式和交通现象的适应性明显提高【3】。例如，美国联邦公路局2003 年启动的下一代交通仿真研究计划 NGSIM

我国交通仿真研究大致始于上世纪 80 年代末，新世纪以后，通过对国外成果的消化吸收，出现了一些面向网络交通分析的较为系统化的研究成果。如同济大学先后开发的TJTS模型和TESS模型。【4】

（二）.交通仿真原理及特点

交通仿真道路模型不仅仅是简单的几何图形的记录和表现，更重要的还应起到交通仿真载体的作用，通过有效的数据组织，道路模型必须是主动和高效的体现其对动态实体车辆运行的约束作用提高仿真运行效率。【5】

传统交通仿真模型还存在着两个致命的缺陷：首先传统的城市道路模型无法表示交叉口的延误，城市道路网系统的一个重要的特点是交通流在交叉口处有着不同程度的延误，这些延误也具有一定的方向性差异，譬如交叉口进口道的右转直行和左转这三个方向的延误是不等的，甚至差别显著。其次，由于传统的仿真模型为二维模型，模型本身还具有一些无法克服缺点，在二维城市道路模型中，所有的桥梁、隧道、高架路等等这些并不在同一平面上的交通元素统统失去了空间要素，于是立交桥和普通交叉口没有差别，高架路和普通道路一样，这就为微观交通仿真带来了极大的困难。除此之外在微观交通仿真中一个重要的参数是运动车辆的加速度，这个与路面坡度密切相关的参数也被大大简化了，使得仿真结果与实际情况存在着很大的差异。【6】

（三）. 交通仿真模型建立

建立模型分两步：一是绘制实际路网；二是加入交通需求量。【7】交通仿真模型的建立所需数据可以分为4类：1.地理数据----所研究地域的地图；2.

物理特征数据----道路系统的物理特征；3.交通需求----路网中有关车辆行驶的数据；4.演示----其他可以加强演示效果的物体。

1、地理数据

为所研究地域的数字地图在微观仿真模型中是非常必要的。数字地图既可以是DXF或3DS格式的绘制图，也可以是图片格式的地图，如航拍相片或数字地图影像。

2、物理特征数据

物理特征数据使微观仿真模型准确地反映道路系统状况，这些数据主要包括：

①道路限速；

②道路标志，如转向指示标志、车道限制或禁用标志；

③交通信号设置(信号灯周期时长、相位阶段、相位阶段时差、行人信号等)；

【8】

④其他能够影响交通流的街道特征(如路边停车)；

⑤公共交通时刻表和公共汽车站的位置。

3、交通需求

收集基于车辆的数据有两种原因：一是确定路网中的交通需求量，依此来建立OD矩阵【9】或计算使用预定路径的车辆数；二是确定路网中车辆的行驶行为，这样可以把模拟的结果与实测值进行比较。以验证模型是否适当地反映了实际情况。

4、演示

为了更好地向客户进行模型演示，将模型与特定的地理信息背景结合起来。

可以采用的方式包括：建模时使用的覆盖图、航拍照片，或者三维景观。

三、结语

本文回顾了交通仿真技术的发展历程，简要分析了交通仿真技术的主要特点，并通过交通仿真模型的建立，更加深入了解交通仿真技术。基于我国的国情，我国的交通仿真模型研究，既要国外交通仿真技术的在国内适用性的基础上发展，也要自主进行交通仿真技术研发，为我国的城市化进程服务。

参考资料：

【1】莫智锋，基于元胞自动机原理的微观交通仿真研究北京【D】，重庆大学，2004。

【2】邹智军，杨东援，道路交通仿真研究综述【J】，交通运输工程学报，2001.6，第1卷第2期,P88．P91。

【3】邹智军，新一代交通仿真技术综述【J】，系统仿真学报，2010.9，第22卷第9期，P2037．P2042。

【4】刘旭，城市微观交通流的模型建立与仿真研究【D】，广东工业大学，2005。

【5】刘运通等，交通系统仿真技术【M】北京人民交通出版社，2002。【6】刘旭，胡刚，钟晓珊，三维城市道路仿真模型构建【J】，计算机仿真，2005.12，第22卷第12期，P214．P221

【7】胡树成，微观仿真模型的建立及数据分析【J】，城市交通，2008.7，第6卷第4期，P82．P90

【8】李峻利，交通工程设施设计【M】北京人民交通出版社，2001

【9】王炜，交通规划【M】北京人民交通出版社，2007。