仿真课件

第一章绪论

1. 什么是交通仿真？利用计算机仿真技术模拟交通系统

2.【计算机仿真技术】是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

3. 相似性原理是系统仿真技术的主要依据。所谓相似，是指各类事务或对象之间存在的某些共性。采用相似性技术建立实际系统的模型就是仿真的本质过程

4.交通仿真的定义：交通仿真是以相似原理、信息技术、系统工程及其交通工程领域的基本理论和专业技术为基础，以计算机为主要工具，利用系统仿真模型模拟交通系统的运行状态，采用数学方法或图形方式来描述动态交通系统，以便更好的把握和控制该系统的一门实用技术。

①是复现交通流时间空间变化的技术；②是采用计算机数字模型来反映复杂交通现象的交通分析方法；③核心内容：交通仿真模型的建立和标定、交通仿真实验系统的开发

5. 交通分析技术和方法：

①经验实测法：数据来源于现场，可信度高，不需要假设条件，但个别因素的影响很难确定，受环境等外界因素影响干扰大。需要大量实测数据，结论可移植性差。

②理论分析法：对个别因素的影响有明确数量关系，需要采取基本假设，与实际存在偏差。

③系统仿真法：模型是理论推演、抽象出来，基本数据来自现场实测。

6. 交通仿真的目的：作为交通分析的有效手段之一，交通系统仿真旨在运用计算机技术再现复杂的交通现象，并对这些现象进行解释、预测、分析，找出问题的症结，最终对所研究的交通系统进行优化、比选和评价。

7.计算机仿真技术的应用：驾驶员培训模拟系统、驾驶培训模拟系统（模拟环境）、汽车安全碰撞试验中使用的仿真人、车辆事故仿真（故障再现）、列车模拟驾驶。

8.仿真技术的应用：仿真技术具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。由于仿真技术的特殊功效，特别是安全性和经济性，使得仿真技术得到广泛的应用。归纳起来，仿真技术的主要用途包括以下几点：优化系统设计、系统故障再现、验证系统设计的正确性、对系统或其子系统进行性能评价和分析、培训系统操作员

9.轨道交通运输系统

广泛应用于以下轨道交通工程领域：

⏹铁路网络系统基础设施的需求分析与规划

⏹线路和车站的运营能力分析、列车牵引分析

⏹构建列车时刻表并分析其适应性和鲁棒性

⏹多种信号系统分析，如移动闭塞系统等

⏹系统故障和延迟模拟（包括基础设施故障和车辆故障等）

⏹仿真列车运行调度方式；

⏹仿真分析车站、线路的运能（分析车站接发车能力，从而确定车站设置到发线数量

是否满足要求，辅助确定车站方案设计）；

⏹仿真分析大型站场咽喉区道岔布置（分析咽喉区道岔使用频率，从而确定道岔排列

的合理性）；

⏹列车运行计划合理性分析及优化（分析过程中可输出预定运行计划与实际运行情况

的对照图）；

⏹仿真信号机工作状况；

⏹仿真非正常情况行车组织（如：突发事件、晚点、事故等）；

⏹信号系统的对比与分析（如：信号机设置间距、位置及所选用的信号系统进行比较

分析）；

⏹仿真列车运行过程中外部因素影响的敏感性分析（如额外增加停站时间）；

⏹仿真人工干预场景（通过将控制方案作为仿真输入来反映运营中的人工干预情形）；

⏹车辆特征曲线分析（对将投入使用的车辆性能进行仿真分析）；

⏹仿真轨道占用情况，辅助制定合理利用轨道计划；

⏹仿真列车解编或联编（一列车解编或多列车联编）；

⏹列车运行中功率和能耗的计算。

10.道路交通系统：可以帮助用户进行项目建设的评价

⏹交通流量

⏹旅行时间

⏹车辆延误

⏹排队长度

⏹燃料消耗

⏹尾气排放

⏹经济利益等

11. 仿真技术的优点：

(1)安全性

安全性一直是仿真技术被重用的最主要的原因，所以航空、航天、武器系统过去曾经是仿真技术应用的最主要领域，一直到现在仍然占据很大的比重。20世纪60年代以后，核电站及潜艇等也由于安全性的原因，广泛采用仿真技术来设计这类系统及培训这类系统的人员。

(2)经济性

经济性也是仿真技术被采用的十分重要的因素，几乎所有大型的发展项目，如阿波罗登月计划、战略防御系统、计算机集成制造系统都十分重视仿真技术的应用，这是因为这些项目投资极大，有相当的风险，而仿真技术的应用可以较小的投资换取风险上的大幅降低。其他优点：仿真实验可重复性、仿真时间的可控性、系统分析的开放性、仿真条件的可控性

12.仿真技术的局限性：仿真技术不是优化技术、评价技术，不产生决策方案、仿真结果可能存在“失真”

13. 系统仿真的主要作用：

应用于无法实施的一类问题

大量方案的比较和选优

应用于不易为人们所了解的大型复杂系统

避免实验的危险性

应用于无法重复的项目

节省经费

帮助训练系统操作人员

14.学科特点：

介于运筹学、数理统计和计算机科学的之间的边缘科学。利用计算机对系统或过程进行动态仿真，以安全和经济的方法获得动态运行的数量结果，提供决策依据。

综合了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。

综合性很强的实验科学技术。

复杂系统的研究、设计、评价和训练的手段和工具

第二章仿真建模的原理与方法

1 系统

1.1 系统的定义

相互作用的对象的有机结合。

1.2 系统的特性

整体性和相关性。

系统边界的确定。

1.3 系统的分类

『1』按照系统变量的变化规律分类：

『2』按照是否包含随机因素分类：确定性系统、随机性系统

2 系统模型

2.1 系统模型的概念

【模型】是系统的一种描述，是为了研究目的而开发的对真实系统进行模拟的一种形式。

模型能更真实、深刻反映系统的主要特征和运动规律。

2.2 系统模型的分类-表现形式

【描述模型】用文字、框图、流程和资料等形式对真实系统的描述。

【物理模型】实体模型

【数学模型】实际系统的一种数学描述，用数学符号和数学方程式来表示系统的模型

【计算机程序】软件

2.2 系统模型的分类-系统变量的变化规律

2.2 系统模型的分类-是否包含随机因素：确定性模型、随机性模型

3.系统仿真

仿真，模拟。为了求解问题而人为模拟真实系统整个或部分运行过程。

系统仿真是以相似原理、控制理论、系统技术、信息技术及其相关领域相关专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或设想的系统进行动态研究的一门多学科综合性技术。

自20世纪50年代形成并发展的新兴学科。

3.1系统仿真分类

按照表现形式不同，分为：实物仿真（物理仿真）、数学仿真、半实物仿真