交通运输道路交通系统仿真模型与方法
道路交通仿真模型和方法101页PPT
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11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
道路交通仿真模型和方法
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
轨道交通系统的建模与仿真
轨道交通系统的建模与仿真随着城市化进程的不断加快，城市交通问题不断凸显。
轨道交通作为城市交通的主力军，逐渐成为人们出行的首选。
然而，轨道交通的建设和运营成本很高，因此必须通过合理的规划和优化来提高其效率和安全性。
这时，轨道交通系统的建模与仿真就显得尤为重要。
一、轨道交通系统的建模轨道交通系统的建模是指将轨道交通系统的各个组成部分分解为相互连接的模块，并描述它们之间的联系与作用。
轨道交通系统的建模可以从不同的角度进行，比如从操作模式、物理结构等方面进行。
1. 运营模式建模轨道交通系统的运营模式主要是指运行线路、列车行驶方案、中间站的设置、运行控制等方面。
在建模过程中，需要考虑到运营的实际情况和需求，具体模型也应该根据城市规模、建筑布局、人口密度等因素进行调整和优化。
2. 物理结构建模轨道交通系统主要由地面、地下和 elevated 部分组成，每一部分的建造都需要考虑到不同的条件和要素。
因此，物理结构建模需要考虑三维特征，以便更好地模拟轨道交通运营时的特殊环境。
3. 数据流模型数据流模型是指对轨道交通系统中各个部件之间的数据流动进行建模。
其中，数据的传输和处理非常关键，例如轨道车流、信号灯、屏幕等都需要进行数据输入和输出操作。
并行数据流模型和面向对象的数据流可以用于描述数据流和数据流的关联关系。
4. 控制算法建模控制算法建模是指将轨道交通控制器的开放式和闭合式操作联系起来，达到合理规划和合理调整建设、运营和维护过程。
通过控制建模，可以有效解决轨道交通运行中的许多重要问题，如列车停车、车门开关、信号设置等问题。
二、轨道交通系统的仿真轨道交通系统的仿真是指通过计算机软件模拟轨道交通系统的运行过程，并对其进行评估以提高其效率和安全性。
轨道交通系统的仿真可以使用以下几种方法。
1. 离散事件式仿真离散事件式仿真是指通过高度抽象效果模拟轨道交通运营的过程。
它能以最小的时间成本获得最大的效果，并能很好地应对各种突发情况。
交通运输规划中的交通模型建立方法
交通运输规划中的交通模型建立方法交通运输规划是为了解决城市交通问题而制定的一系列政策和措施，而交通模型则是交通规划的基础。
交通模型能够预测未来交通需求和交通流量，并为规划者提供决策依据。
本文将介绍交通运输规划中常用的交通模型建立方法。
一、交通需求矩阵交通需求矩阵是交通规划中的重要工具，用于描述各个地区之间的交通需求。
建立交通需求矩阵的方法有两种：观测法和调查法。
观测法是通过现有交通网络的流量数据来估计各个地区之间的交通需求。
规划者可以通过交通摄像头、ETC系统等设备获取道路上车辆的数量和速度信息，从而计算不同地区之间的交通量。
调查法是通过问卷调查或者出行调查来获取交通需求的数据。
调查对象可以是居民、企业或者机构，通过询问他们的日常出行行为和需求，来推断各个地区之间的交通需求。
二、交通模型分类交通模型可以分为宏观模型、微观模型和混合模型三种。
宏观模型是研究交通流量和出行时间的整体趋势的模型。
它基于一定的交通需求和网络规模，通过数学模型来预测交通拥堵情况、运输能力等指标。
宏观模型常用的方法包括四阶段模型和四步法。
四阶段模型将交通规划过程分为交通生成、交通分配、交通模态选择和交通分配这四个阶段。
在每个阶段中，模型都会根据一些假设和参数，计算各个交通阶段的量，最终得到交通流量和出行时间。
四步法是根据交通需求和交通网络的特点，将交通规划分为交通生成、交通分配、交通模态选择和交通评估四个步骤。
通过每个步骤的计算和调整，最终得到预测或者评估的交通模型。
微观模型是考虑交通参与者的个体行为和决策的模型。
它通过对每个交通参与者的行为进行建模，来预测交通流量和交通拥堵情况。
常用的微观模型包括交通仿真模型和离散选择模型。
交通仿真模型模拟每个交通参与者的行为，通过对车辆、交通信号等进行建模，来模拟整个交通网络的运行情况。
仿真模型可以提供详细的交通流量和行程时间等信息，对于规划者来说是一种重要的参考。
离散选择模型是通过统计学方法和相关理论，建立一个数学模型来预测个体在不同路线、交通方式之间的选择。
交通运输系统的动态仿真模型研究
交通运输系统的动态仿真模型研究交通运输系统是一个复杂且庞大的体系，它涵盖了道路、铁路、航空、水运等多种运输方式，涉及到人员、货物的流动以及各种设施和管理策略的运用。
为了更好地理解、规划和优化交通运输系统，动态仿真模型成为了一种非常有效的研究工具。
动态仿真模型能够模拟交通运输系统在不同条件下的运行情况，帮助我们预测交通流量、评估交通设施的容量、分析交通拥堵的成因以及测试各种交通管理策略的效果。
通过对交通运输系统进行建模和仿真，可以在实际实施之前，对新的交通规划方案或管理措施进行虚拟测试，从而降低决策风险，提高交通运输系统的效率和安全性。
在构建交通运输系统的动态仿真模型时，首先需要明确研究的目标和范围。
是要研究一个城市的交通网络，还是特定的一条高速公路或铁路线路？是关注日常的交通流量，还是节假日等特殊时期的交通状况？明确这些问题对于后续模型的构建和参数设置至关重要。
对于道路交通运输系统的仿真模型，车辆的生成和行为是关键的因素。
模型需要考虑车辆的驶入、驶出、加速、减速、超车、跟车等行为。
这些行为通常基于一定的交通流理论和经验公式来描述。
例如，跟车模型可以基于安全距离原则，即后车会根据与前车的距离和相对速度来调整自身的速度。
同时，道路的几何特征，如车道数量、弯道半径、坡度等，也会对车辆的行驶产生影响，需要在模型中准确地体现。
在铁路交通运输系统中，列车的运行调度是重点。
需要考虑列车的时刻表、车站的停靠时间、线路的通过能力等因素。
此外，信号系统的设置和故障情况也会对铁路运输的效率和安全性产生重大影响，在仿真模型中需要进行细致的模拟。
航空运输系统的仿真则更加复杂，需要考虑航班的起降安排、机场跑道和航站楼的容量、空中交通管制规则等多个方面。
同时，天气条件对航班的延误和航线的调整也是不可忽视的因素。
水运交通系统的仿真要考虑船舶的航行特性、港口的装卸作业、航道的水深和宽度等。
不同类型的船舶，如货船、客船和油轮，其航行速度和操纵性能也有所不同，需要在模型中分别进行描述。
城市规划中的交通流量模拟仿真方法
城市规划中的交通流量模拟仿真方法在城市规划中，交通流量模拟仿真方法具有重要的作用，可以帮助规划者预测和评估不同交通方案的效果，优化城市交通网络布局，提高道路通行效率和交通系统的可持续性。
本文将介绍几种常用的交通流量模拟仿真方法，并分析其优缺点。
一、传统模型方法1. 道路交通容量模型道路交通容量模型是一种经验模型，基于车辆流量、道路几何特征等因素来预测道路能够容纳的车辆数量。
这种模型计算简单，适合用于预测现有道路的交通状况。
然而，由于它只考虑了道路状况，没有考虑到交通需求的变化和网络效应，因此在城市规划中的应用受到了限制。
2. 微观交通仿真模型微观交通仿真模型基于个体车辆行为进行建模，并考虑车辆之间的相互影响。
通过模拟车辆的运行轨迹和交通规则等细节，可以更准确地模拟交通流量。
然而，由于建模复杂度较高，需要大量的数据和计算资源支持，因此在城市规划中的应用受到了一定的限制。
二、基于智能交通系统的模型方法1. 基于传感器数据的模型智能交通系统通过安装传感器在道路网络中收集交通数据，如车辆流量、速度等，然后利用这些数据进行交通流量模拟和分析。
这种方法不仅准确性较高，而且能够快速获取实时数据，对于评估交通方案的效果非常有帮助。
然而，由于需要大量的传感器设备和数据处理能力，成本较高，仍然有一定的局限性。
2. 基于Agent的模型基于Agent的模型是一种新兴的交通流量模拟方法，通过对交通参与者的行为进行建模，模拟车辆、驾驶员和交通管理者之间的相互作用。
这种方法能够更好地反映人的行为决策和交通系统的动态变化，对于研究交通拥堵、事故等问题具有较好的效果。
然而，由于模型的复杂性和计算量较大，需要高性能计算设备的支持。
三、仿真结果分析与应用通过交通流量模拟仿真方法，规划者可以获取各种交通方案的模拟结果，进行性能评估和比较。
基于模拟结果，可以对城市交通网络进行优化设计，提高道路通行能力和交通系统的可持续性。
1. 交通拥堵预测和缓解通过模拟分析交通流量，可以预测拥堵情况，并针对性地提出缓解措施，如增加道路容量、优化交通信号控制等，以改善城市的交通拥堵状况。
交通建模与仿真技术应用研究
交通建模与仿真技术应用研究近年来随着城市化的加速发展，交通拥堵成为城市面临的一个重要问题。
如何科学高效地解决交通拥堵，提高交通运输的效率，成为了交通管理部门和研究机构共同关注的焦点。
交通建模与仿真技术作为一种重要工具，被广泛应用于交通管理的解决方案中。
一、交通建模的意义交通建模是指通过对交通系统进行系统化的抽象和描述，利用数学工具和网络仿真技术，模拟交通系统的运行状态和交通流动过程，以及评估交通规划和交通管理政策的效果。
交通建模的最大意义在于能够为政府和决策者提供科学准确的数据支持，为研究人员提供实验平台，同时也为交通从业者提供决策依据。
二、交通仿真技术的原理交通仿真技术主要基于模型和数据，通过对交通系统进行建模，使用实际交通数据进行输入，模拟出交通系统的运行过程，从而提供对交通系统的分析和评价。
交通仿真技术主要包括离散事件仿真、连续仿真和代理仿真等方法。
其中离散事件仿真是指通过模拟交通系统内部事件的离散变化来进行仿真；连续仿真是指通过模拟交通系统内部事件的连续变化来进行仿真；代理仿真则是通过建立各种可能的决策模型和行为模型，模拟出不同交通参与者的决策和行为，从而模拟出整个交通系统的运行过程。
三、交通仿真技术的应用1.交通规划：交通仿真技术可以模拟不同的道路规划和交通网络拓扑结构，通过评估不同规划方案的交通容量、效率和可行性，帮助决策者选择最佳的交通规划方案。
2.交通管理：交通仿真技术可以模拟交通信号灯的设置和调整，通过模拟不同的信号灯时序和配时方案，评估其对交通流量和拥堵状况的影响，实现交通流优化和交通拥堵的缓解。
3.交通安全：交通仿真技术可以模拟驾驶员的行为和交通参与者之间的互动，通过模拟交通事故的发生概率和伤亡情况，优化道路设计和交通设施布局，提高交通安全性。
4.智能交通系统：交通仿真技术可以结合车辆通信技术和智能交通设备，模拟智能交通系统中的各种智能交通服务和应用场景，提高交通系统的信息化水平和管理效率。
智能交通系统中的交通模型建立与仿真
智能交通系统中的交通模型建立与仿真智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是指应用先进的信息、通信和传感技术，通过对交通运输系统的监测、控制和管理，提高交通运输效率、安全性和环境可持续性的一种综合技术系统。
在智能交通系统中，交通模型的建立和仿真是确保系统有效性和可靠性的重要环节。
交通模型是对现实交通系统的抽象和简化表示，通过模拟和仿真交通流动，预测和评估交通系统的性能指标。
智能交通系统的交通模型主要包括微观交通流模型和宏观交通流模型。
微观交通流模型用来描述交通系统中个体车辆的行驶行为和车辆之间的相互作用关系。
微观交通模型通常基于车辆行驶的物理特性和驾驶行为的基础上，研究车辆的加速度、减速度、转弯等行为，模拟车辆在道路上的运动轨迹。
根据车辆间的相互作用，可以使用蓝色牛顿运动定律、交通流力学模型或者机器学习方法等进行微观交通流仿真建模。
通过微观交通流模型，可以研究交通堵塞、拥堵解决方案、交通信号优化等交通系统的细节问题。
宏观交通流模型用来描述交通系统的整体行为和交通流的分布情况。
宏观交通模型通常以一定的时间间隔为单位，考虑整个交通网络中车辆的数量、速度和密度等宏观指标，研究交通流在路网中的分布和传播规律。
常用的宏观交通流模型有流量-密度模型、流量-速度模型和流量-等级模型等。
宏观交通流模型能够为交通规划、交通控制和交通管理等决策提供重要支持。
在智能交通系统中，交通模型的建立和仿真是优化和改进交通系统的重要手段。
通过交通模型建立和仿真，可以对交通系统中的瓶颈道路、交叉口、车辆行为等进行分析和模拟，更好地理解交通流的动态演变和交通规律的内在机制。
通过模拟不同的交通管理策略，可以评估和比较不同策略对交通系统性能的影响，为交通决策提供科学依据。
交通模型建立与仿真领域的技术不断发展和创新，主要包括以下几方面的内容：1. 数据采集和处理：交通模型建立的首要步骤是获取真实的交通数据。
道路交通系统建模与仿真ppt课件
❖ 课程代码： ❖ 中文名称：道路交通系统建模与仿真
英文名称：Transportation system modeling and Simulation
❖ 辐射专业：交通工程、交通运输、车辆工程
❖ 学时： 32学时，课堂学时：24；试验：8 ❖ 学分： 2 ❖ 预修课程：高等数学、计算机文化基础、C语言程序设计
第第三一页 页❖，，编编系辑辑于于统星星期期仿五五：：真十十三三，点点 二二刘十十九九藻分分。。珍等编，北京理工大学出版社，1998。
学会基本的科学研究方法和仿真试验设计
它基全础面 知❖、识系的系统总地结统介、绍科建了学道研模路究交的与通入仿领门域；真中系，统建张模与晓仿真华的共等性问编题。，清华大学出版社，2006。
Severrance, John Wiley & Sons Ltd, England
通过教学讨论、教学试验和实践环节的训练，培养学生的科研实践能力和创新精神。
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第六页，编辑于星期五：十三点 二十九分。
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为什么要开这门课?
Why this course?
❖ 很多课程上已经见过“系统”、“模型”、 “模拟”或“仿真”的概念，甚至用过。但是 否知道他们真正的含义？
❖ 这些概念对科学研究有什么指导意义？
第三页，编辑于星期五：十三点 二十九分。
开这门课的目的 Purpose
❖ 基础知识的总结、科学研究的入门； ❖ 了解交通运输领域的研究方法和内容；
❖ 学会应用现代仿真的科学工具；
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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。
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。
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。
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，如交通需求的变交互界面。
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。
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
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；
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。
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
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。
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
80年代初已形成了CORQ、FREQ、INTRAS、MACK和 SCOT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。