交通仿真在实际中的应用

二十世纪 70 至80 年代
二十世纪 80 年代 末以来
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二、交通仿真的发展和现状 第一阶段：20世纪60 年代
这一时期的交通仿真系统主要以优化城市道路的信号设计为应用目的
，因而宏观交通仿真模型被广泛使用，但模型的灵活性和描述能力都较为 有限，加上当时计算机性能较低，所以仿真结果的表达也就不够理想。 可以描述的内容：
项目 交通现象 交通控制管理措施 评价指标 评价指标 跟车行驶、变换车道、车流冲突、公交运行、行人冲突、 短车道溢出等 固定信号控制、感应控制、主/次优先控制、车道关闭 等 延误、速度、行程时间、排队长度等常规指标外，油耗、 废气排放等指标
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二、交通仿真的发展和现状
在这个阶段，最具代表性的模型有： 英国道路与交通研究所（TRRL）的D.L.罗伯逊于1967 年开发的道路交通流仿真软件TRANSYT。它主要用于确定定
时交通信号参数的最优值；
Gerlough 在1963年建立的用于道路网络信号配置的
TRANS 模型；
美国联邦公路局（FHWA）1956-1966 年研制的SIGOP 仿 真系统。
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二、交通仿真的发展和现状 第二阶段：二十世纪70 至80 年代
随着 20 世纪80年代末和90年代初国外工TS研究的日益热
车道变换模型的仿真研究等等。
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一、概述 二、交通仿真的发展和现状
三、交通仿真在交通分析中的必要性
四、交通仿真的分类及其应用 五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
七、总结
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三、交通仿真在交通分析中的必要性
一、交通现象的复杂性决定的
行人 驾驶员
交通 环境
交通系统
道路
车辆
交通系统是一个涉及驾驶员—车辆—道路—交通环境相 互作用的复杂系统，既有其确定性的一面，又有随机性 的一面，同时还有人的行为因素的影响。
意大利
瑞典
芬兰
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四、交通仿真的分类及其应用
二、中观交通仿真软件
中观交通仿真模型（或准微观模型）其对交通系统的要 素及行为的细节描述程度较高。例如，中观交通仿真模型对 交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元的，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
类的行为也可以简单的方式近似描述。
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六、实例应用（以vissim和TransCAD为例）
TransCAD 软件以GIS为平台，将地图书记与要素相关的属性数据相链接，使得 道路网络的编辑、数据输入与处理，数据分析与管理，分析结果的输 出整合于一套系统，提供可有菜单驱动，便于使用的视窗用户界面 软件具有很好的集成能力和数据交换能力，可以接收几乎所有数据库 格式数据和绝大多数GIS和CAD格式数据 软件的数据压缩技术可以在非解压条件下执行数据分析和管理从而处 理大范围的交通数据 软件提供对矩阵，网络和线性关系等专门针对交通应用的数据处理模 块 软件具有OD矩阵分析、网络分析、路径优选、区位分析、交通规划 与出行分析、GPS跟踪和数据导入等模型和程序，可以根据路段观测 流量对告诉公路很热公交线路的OD出行矩阵进行反推估算 软件多采用县城并可以采取分布式计算，对诸如交通分配和网络线路 指标综合计算等耗时较多的交通规划瓶颈步骤，利用高效的算法提高 效率 w
UTCS-1 模型
MISTRAN 模型
E.B.Liefer man
日本科学警 察研究所 英国利兹大 学开发
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SATURN 宏观模 型
1976
二、交通仿真的发展和现状 第三阶段：二十世纪80 年代末以来
随着计算机技术的迅速发展，软件开发技术的进步，20
世纪80年代末以来，ITS成为了国外研究的热点，世界各国
都展开了以ITS为应用背景的交通仿真软件的研究与开发， 从而出现了一大批评价和分析ITS 系统效益的仿真软件。
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二、交通仿真的发展和现状
国内交通仿真的发展
与国外相比，由于我国交通国情的限制，长期以来交通
仿真并未引起有关部门的重视，随着ITS 在世界各国研究的 广泛开展，我国交通界认识到了在我国开展ITS 研究的重要 性。与此同时，作为ITS 核心技术之一的交通仿真也受到了 极大的关注。
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七、总结
上面对目前国内外比较典型的仿真软件和模型作了简单的介绍，尽管 上述仿真软件和模型各有其特性和优势，但因其研究定位和重点的不同， 在一定程度上都存在或多或少的缺陷与不足。主要表现在以下几个方面：
模型描述
不足
合作与联系
信息技术
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七、总结
即使交通仿真存在着诸多的缺欠，但是它的应用在交通分析有着很大 的优越性，是其他的方法无可替代的
六、总结
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六、实例应用（以vissim和TransCAD为例）
对交叉口设计方案（环岛，有/无信号控制，跨线桥方式 ）进行比较 分析公交优先和轻轨加速方案 通行能力分析和公交优先方案测试 对于交通流控制，收费道路，路段控制系统，道路进口控 制和特殊车道等交通管理系统进行分析 运用动态交通分配对大型道路网络进行可行性分析 完成高度专业的交通工程任务，例如铁路运行闭塞区段通 行能力分析， 收费广场或者边境控制管理 对交通平静区的交通仿真 公交集散地的客流仿真与可视化。建立具有三维效果的地 下铁路车站和客流模型 利用EXCEL对不同参数对应的车辆延误进行比较
目前比较常见的中观交通仿真模型有：INTEG-RATION, DYNASMART, DYNAMIT、TRANSMO-DELER等国外仿真模型和国 内目前正在开发的DYNACASTIM模型
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四、交通仿真的分类及其应用
三、宏观交通仿真软件
其对交通系统的要素及行为的细节描述处于一个较低的程度，例如，交通流 可以通过流密速关系等一些集聚性的宏观模型来描述，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。 宏观交通仿真软件（主要是交通规划软件） 国外：TransCAD，CUBE，EMME/2，PTV 国内：TranStar 主要功能： • 数据管理 • 基于GIS的可视化输入输出 • 需求预测 • 网络分析 • OD矩阵推算 • 公共交通分析 • 交通管理方案的评价
这期间的典型代表软件有：
模型 功能 开发 时间 开发者
TRAF-NETSIM模 型
描述单个车辆运动、 应用时间扫描法的 网络微观交通仿真 模型 描述个别车辆运动
研究左右转车辆与 横穿道路的步行者 之间的相互影响 用于平面交叉口交 通信号控制
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二十 世纪 七十 年代 1971
1974
美国联邦公 路局
七、总结
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二、交通仿真的发展和现状
国外交通仿真的发展
美国是仿真技术及系统发展最快、应用最广泛的国家。 1967年，美国成立了计算机仿真学会(Society for
Computer Simulation)，推动了仿真技术在美国的发展和应
用。
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二、交通仿真的发展和现状
第一阶段
第二阶段
第三阶段
二十世纪 60 年代
1、明确问题； 2、确定仿真方法的适用性； 3、问题的系统化； 4、数据的收集和处理； 5、建立数学模型； 6、参数估计； 7、模型评价； 8、编制程序； 9、模型确认； 10、实验设计； 11、仿真结果分析。
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一、概述 二、交通仿真的发展和现状 三、交通仿真在交通分析中的必要性 四、交通仿真的分类及其应用 五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
门，世界各国都展开了以ITS为应用背景的交通仿真软件的研 究，交通仿真研究达到前所未有的高，出现了一大批评价和分 析ITS系统效益的仿真软件系统。 这阶段由于计算机的迅速发展，计算机仿真模型的精度也 得到了提高，功能也更加多样化了。同时，微观交通仿真模型 也得到了较大的发展。
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二、交通仿真的发展和现状
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三、交通仿真在交通分析中的必要性
自行车和公交车在 出行中所占比例大 复杂性 不确定性 人的行为因素
高密度、单层次的 机动车和大量非机 动车的混合交通
路网结构不合理， 交叉口密集 市区人口密度大， 出行需求高度集中
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三、交通仿真在交通分析中的必要性
交通仿真的特点： 利用交通仿真工具，可以从复杂的现象中，抽象出问题的 本质，从而更便利的寻找解决问题的方法。在仿真环境中
六、总结
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一、概述
交通仿真的定义： 交通仿真是20世纪60年代以来,随着计算机技术的进
步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂道路交通
现象的交通分析技术和方法。 相似原理 信息技术 系统工程 交通工程
数字方式 图形方式
工具
描述
动态的交 通系统
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一、概述
二、交通仿真的发展和现状
三、交通仿真在交通分析中的必要性 四、交通仿真的分类及其应用 五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
还可以构建现实中难以实现甚至无法实现的系统。
在仿真环境中可以多次以较低成本地反复试验；
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三、交通仿真在交通分析中的必要性
二、方案评价的需要
传统的方案评价方法的缺点：
能够评价的指标比较有限 不够生动直观
无法对方案的整体效果进行全面的评价
利用仿真工具则不可以较容易克服以上缺点，可以计算相对较多的指标；微 观交通仿真通常可以对以下一些指标进行评价：
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二、交通仿真的发展和现状
20世纪90年代以后，国内交通工程界逐渐注意到交通仿真 研究的重要性，目前，国内多所著名院校、交通部公路科学研 究所都展开了实质性的研究工作，并取得了一定的成果。
但从总体上来看，现在国内的交通仿真研究多是“各自为
政”式的自主开发，而没有更多的联系与合作，显得比较零散 ，往往只局限于对单一问题的研究解决，很少从整个交通环境 的大系统来考虑，比如对多车道通行能力的仿真研究、高速公 路入口匝道范围的仿真、信号交叉口的组织优化、超车模型和
经济性 安全性 可重复性
易用性
优点
可控制性 快速真实性
可拓展性
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(1)经济性。有些数据无法通过调研和试验得到,或者这一过程花费的人力、物 力过大, 这种情况下,这些数据可以通过交通仿真的方法得到。 ( 2)安全性。利用计算机进行仿真试验,可以避免实地调研和试验(如交通调查) 中可能出现的意外伤害。 ( 3)可重复性。一旦建立了一个仿真模型,可以任意重复仿真过程。 (4)易用性。仿真方法比以往的方法更容易应用,不需要太多的数学知识去建立 一些解析模型。 (5)可控制性。交通仿真是通过程序控制的,它很容易使某些参数的作用限制在 一定范围或特定值。例如,人为地固定一些变量为常数,只改变一些变量以考察 它们对道路安全性的影响;还可以事先对一些诸如信号配时、几何形状等因素 进行人为优化,采取特定的组合方案进行模拟,进而对不同方案进行比选,评价 等。 (6)快速真实性。与实际交通调查相比,交通仿真可以快速获得结果,缩短了数 据获取周期,还可以避免由于人为因素发生交通中断等干扰而造成的数据丢失 或失真。 (7)可拓展性。由于利用计算机模拟是对一种设想进行验证,它可以使某些参数 (如车速、交通量等)超出实际调查所能得到的范围。利用交通仿真进行模拟预 测还可以再现复杂交通环境条件下的车流运行特性,弥补观测数据的不足。
延误、平均速度、出行时间、拥挤、排队长度、公交
效益 安全 环境 技术性能
运行的准点性、停车次数等
车头时距、超车、事故次数、机动车与行人的冲突 废气排放、路侧污染水平、噪声水平 油耗量、舒适性
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一、概述 二、交通仿真的发展和现状 三、交通仿真在交通分析中的必要性
四、交通仿真的分类及其应用
五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
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四、交通仿真的分类及其应用 下表表示的是各个国家被检索软件数和被分析软件数
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被检索的软件数 被分析的软件数
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澳大„
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英国 法国 荷兰
美国 德国 日本
加拿大
具有代表性的几款微观交通仿真软件－AIMSUN2, CORSIM, NETSIM, PARAMICS和VISSIM等
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西班牙
六、总结
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四、交通仿真的分类及其应用
根据交通仿真模 型对交通系统描 述的细节程度的 交通 仿真
微观 交通仿真
不同，交通仿真
中观 可分为宏观仿真、 交通仿真
中观仿真和微观 仿真，交通仿真 软件也可相应地
宏观 交通仿真
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分为这3类
四、交通仿真的分类及其应用
一、微观交通仿真软件
微观交通仿真模型其对交通系统的要素及行为的细节描 述程度最高。例如，微观交通仿真模型对交通流的描述是以 单个车辆为基本单元的，车辆在道路上的跟车、超车及车道 变换行为等微观行为都能得到较真实的反映。
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四、交通仿真的分类及其应用 TransCAD
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四、交通仿真的分类及其应用
cube
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四、交通仿真的分类及其应用
EMME/2
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一、概述 二、交通仿真的发展和现状 三、交通仿真在交通分析中的必要性 四、交通仿真的分类及其应用
五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
六、总结
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五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
CompanyLOGO交通仿真在交通分析中的应用
目录
一、概述
二、交通仿真的发展和现状 三、交通仿真在交通分析中的必要性 四、交通仿真的分类及其应用 五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤
六、总结
2
一、概述
二、交通仿真的发展和现状 三、交通仿真在交通分析中的必要性 四、交通仿真的分类及其应用 五、交通仿真在交通分析过程中的一般步骤