交通流仿真

《最优控制与智能控制基础》文献总结报告

城市干线交通流仿真及智能控制的研究

学生姓名：冯健

学生班级：50603

学生学号：5060318

任课教师：段洪君

提交日期：2009年6月19日

1. 课题背景及意义

1.1研究背景

城市交通系统是由人、车、路、环境等要素构成，具有结构复杂、影响因素多、开放性强、随机性及不稳定因素多等特点，是一个复杂的动态系统。长期以来，城市迅速增长的交通运输需求不能够得到有效的满足，供需不平衡的矛盾日趋突出，导致城市交通拥堵严重，事故率攀升，环境污染加剧，能源利用率低下。城市交通所带来的负面影响日益严峻，己成为制约城市经济发展的一个瓶颈。发展智能运输系统，利用现代信息技术、控制技术、优化理论及人工智能等，使现有的道路交通基础设施发挥最大效用，是一个重要的对策，同时也已成为世界各国交通学者们研究的热点。交通管理与控制是智能交通系统中一项重要研究内容，其重点在于运用各种交通设施控制、掌握并及时指挥城市交通，预先把握在现有道路网上实施交通管制的可能效果。鉴于交通运输系统本身的特性，难于采用现场实验的方法，利用计算机技术和系统仿真方法，为复杂的城市交通系统创造一种计算机实验平台，来研究城市交通成为理想选择，于是便形成了交通仿真技术。

1.2研究意义

城市主干道网络是城市道路交通的动脉，在城市交通中的作用举足轻重。干道网络上交通流畅通与否，直接决定了城市道路交通效率的高低。因此，只有当干道网络上的交通问题得到有效解决之后，城市交通问题才可迎刃而解。所以，应用交通仿真方法对城市干道交通流进行微观仿真研究具有现实意义。对城市主

干道交通流的微观仿真研究，可以实现干道交通运行状态的动态虚拟再现，为交通管理人员和交通规划人员提供一个有效的实验平台；利用交通流仿真模型进行仿真实验，通过仿真输出结果的分析、对比和评估来获取交通流的各项参数，为交通管理与控制、交通规划方案的比较及效果评价提供决策依据及技术支持。

目前大多数微观仿真软件都能动态显示交通信息，并提供交通性能指标统计列表，为交通方案的可行性分析与效果评价提供依据，但是，在混合交通流情况

严重或交叉口多样化的今天，这种简单的交通指标列表方法只能反映交通状况的某一方面，不能全面地为用户提供足够的辅助分析功能。要全面的评估交叉口信号控制仿真结果，必须通过对交通状况的综合评价来体现。在现有微观仿真系统中，仿真结果分析往往需要用户自行设计仿真方案，要求用户有一定的交通专业知识，而专用于微观仿真的综合评价工具就更少见。所以，针对现有城市交叉口信号控制模型的仿真评价的不完善之处，结合可评价仿真指标和交叉口宏观评价指标建立微观仿真评价指标体系，并选用较为适合的综合评价模型，提出一套适用于城市交叉口交通信号控制模型的仿真评价模型，开发出可行性较高的仿真评价软件对我国城市交通的发展具有较大的现实意义。

2. 国内外研究概况

2.1国外研究概况

在国外，20世纪60年代初到80年代，交通流微观仿真技术得到迅速发展，在此期间发表了大量论文和专著，大量的交通仿真软件被开发出来。80年代以后，交通流微观仿真技术已经具备很强的功能，得到了广泛的应用。交通仿真软件开始向大型化、综合性方向发展。目前已有的比较成熟的仿真软件有：美国的MITSIM【1】和TRANSIMS【2】、英国的PARAMICS【3】、德国的VISSIM【4】以及西班牙的AIMSUN2【5】等等。

MITSIM融入了车辆跟驰模型和车辆的换道模型，并根据交通控制装置的信号指示来引导车流和行人。TRANSIMS仿真系统包括速度模块、车辆变换模块、有信号灯交叉口模块、无信号灯交叉口模块l等几个模块。PARAMICS集成了仿真、可视化、自适应信号控制、在线仿真数据统计分析、跟驰、交通控制策略评价等功能。VISSIM是一个离散的、随机的、以O．1秒为时间步长的微观仿真软件。车辆的纵向运动采用心理——生理模型，横向运动采用基丁规则的算法。具有计算控制延误、停车延误和引道延误的功能。软件模拟了由车辆激发的信号控

制的设计、检验和评价。AIMSUN2能够模拟不同的交通控制，如有信号交叉口、无信号交叉口等，能仿真路口的自适应信号控制，并能够对燃油消耗和污染排放进行仿真。

国外在城市交叉口信号控制仿真软件方面的发展已经较为完善，但这些系统是以数学模型为基础，算法的精度较差。在实际的交通控制现场中，对交通流影响的有诸多因素，采用数学模型本身就是对现场情况的近似，这就造成了算法的本身就有一定的缺陷。在对交通信号控制的综合评价方面，还缺乏一定深入的研究。

2.2国内研究概况

国内采用系统仿真技术进行城市道路交通流微观仿真实验开始于20世纪80年代，直到20世纪90年代初期，才逐渐引起国内交通工程界的重视。在此期间，北京工业大学、同济大学、东南大学、西南一交通大学、武汉理工大学等科研单位开展了一些实质性的研究，并取得了一定的成果。但总体说来，国内的交通流微观仿真研究仍比较零散，往往只局限于解决单一问题。交通流微观仿真技术在国内的发展和应用只有短短十几年的历史，还远远没有被广泛接受。从已经做过的工作来看，基本上都是探索性的，迄今为止还没有开发出一个被普遍认可的或能用来解决实际问题的交通流微观仿真软件。虽然也有人试图用国外的软件来对国内的交通进行仿真实验，但国内交通是混合交通，加之使用者的交通意识比较薄弱，由此形成的交通构成、交通流特性、交通组织管理方法都与国外有很大不同，也未能得到满意的结果。

目前国内在城市交通干线信号控制方面做了一定的研究。东南大学的陈森发教授开发了城市交通信号灯模糊线控制及其仿真【6】。同济大学交通运输学院对城市干线协调控制中交通流在系统内各交叉口的“驶离一到达”模式进行了研究，提出了基于遗传算法的城市干道协调控制相位差优化设计方法【7-8】。

清华大学交通研究所对线控系统中的相位差优化模型进行了研究，以使沿干线双向行驶的车辆延误最小为目标，建立了线控系统相位差调节的优化模型【9】。国内常用的交叉口信号控制仿真的综合评价体系基本上是采用行车延误、排队长度和停车次数为基础指标。大部分仿真软件都是单一地通过同类指标之间的比较