【正文】 理措施等。根據(jù)目前計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展水平，可以在大規(guī)模的路網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行交通宏觀仿真。 中觀交通仿真模型 相對(duì)于宏觀模型來(lái)說(shuō)，中觀模型對(duì)交通系統(tǒng)要素、實(shí)體運(yùn)動(dòng)和相互作用的細(xì)節(jié)描述程度要比宏觀模型高得多。例如，中觀交通仿真模型對(duì)交通流的描述往往以若干輛車(chē)構(gòu)成的隊(duì)列為單元，能夠描述隊(duì)列在路段和節(jié)點(diǎn)的流入和流出行為，就每輛車(chē)而言，車(chē)道變換被描述成建立在相關(guān)車(chē)道的實(shí)體基礎(chǔ)上的瞬時(shí)決策事件，而非細(xì)致的車(chē)輛間相互作用。 微觀交通仿真模型 由于微觀交通仿真模型既融合了宏觀和中觀模型的某些方面，又非常細(xì)致地描述了交通系統(tǒng)的交通環(huán)境及車(chē)輛實(shí)體等構(gòu)成要素， 因而它對(duì)交通系統(tǒng) 的要素及行為等的細(xì)節(jié)描述程度是 3 種模型中最高的。它是以單個(gè)車(chē)輛為對(duì)象，通過(guò)一些相對(duì)簡(jiǎn)單但真實(shí)的仿真模型來(lái)模擬車(chē)輛在不同道路和交通條件下的路網(wǎng)上運(yùn)行，并以動(dòng)態(tài)圖像的形式顯示出來(lái)，在描述和評(píng)價(jià)路網(wǎng)交通流狀況方面具有傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。例如，微觀模型對(duì)交通流的描述是以單個(gè)車(chē)輛為基本單元的，車(chē)輛在道路上的跟車(chē)、超車(chē)及車(chē)道變換行為等微觀行為都能夠非常細(xì)致和真實(shí)的反映出來(lái)。 微觀模型的重要參數(shù)是每輛車(chē)的當(dāng)前速度和位置。 當(dāng)前的交通仿真模型在一定程度上基本能滿(mǎn)足仿真的需要 ,但是也存在或多或少的不 足之處 ,如大部分的仿真都是理想化的仿真 ,略去了行人和自行車(chē)的影響等 ,而這些在實(shí)際交通中是具有很大影響力的交通因素 。將來(lái)交通仿真的發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)必會(huì)向著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和并行計(jì)算的方向發(fā)展 ,因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著實(shí)景仿真的效果 ,并行計(jì)算具備處理海量數(shù)據(jù)的能力 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)知識(shí)的發(fā)展 ,交通仿真會(huì)更加成熟 ,在交通工程領(lǐng)域也必將發(fā)揮著越來(lái)越大的作用 。 交通仿真的研究狀況 國(guó)外交通仿真的發(fā)展 目前，國(guó)外在交通仿真研究方面已經(jīng)進(jìn)行了有效的、比較成熟的工作，并開(kāi)發(fā)了眾多的交通仿真 軟件，其中一些軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化和商業(yè)化。 20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始出現(xiàn)從交通仿真以來(lái)，綜觀其整個(gè)發(fā)展過(guò)程，大致經(jīng)歷了 60 年代，70 至 80 年代， 80 年代末以來(lái) 3 個(gè)較為明顯的階段。 20 世紀(jì) 60 年代 （起步階段） 這一時(shí)期的交通仿真系統(tǒng)主要以?xún)?yōu)化城市道路的信號(hào)設(shè)計(jì)為應(yīng)用目的，因而宏觀交通仿真模型被廣泛使用，但模型的靈活性和描述能力都較為有限，加上當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能較低，所以仿真結(jié)果的表達(dá)也就不夠理想。在這個(gè)階段，最具代表性的當(dāng)屬英國(guó)道路與交通研究所（ TRRL）的 1967 年開(kāi)發(fā)的道路交通流 仿真軟件 TRANSYT，它主要用于確定定時(shí)交通信號(hào)參數(shù)的最優(yōu)值；Gerlough 在 1963 年建立的用于道路網(wǎng)絡(luò)信號(hào)配置的 TRANS 模型；美國(guó)聯(lián)邦公路局（ FHWA） 19561966 年研制的 SIGOP 仿真系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 70~80 年代 （迅速發(fā)展階段） 這階段由于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真模型的精度也得到了提高，功能也更加多樣化了。同時(shí)，微觀交通仿真模型也得到了較大的發(fā)展。這期間的典型代表是美國(guó)聯(lián)邦公路局開(kāi)發(fā)的 TRAFNETSIM [4]模型，該模型是一個(gè)描述單個(gè)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)、應(yīng) 用時(shí)間掃描法的網(wǎng)絡(luò)微觀交通仿真模型，該模型對(duì)道路幾何條件的描述也很靈活。 TRAFNETSIM 模型經(jīng)過(guò)多次版本升級(jí)，其功能日趨強(qiáng)大，廣泛應(yīng)用于交通控制和管理系統(tǒng)方案優(yōu)化、交通設(shè)計(jì)方案優(yōu)化以及交通工程相關(guān)領(lǐng)域的理論研究方面； 1971 年， 建立了用以描述個(gè)別車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的 UTCS1 模型； 1974 年，日本科學(xué)警察研究所開(kāi)發(fā)了 MISTRAN 模型，用以研究左右轉(zhuǎn)車(chē)輛與橫穿道路的步行者之間的相互影響； 1976 年，英國(guó)利茲大學(xué)開(kāi)發(fā)了用于平面交叉口交通信號(hào)控制的 SATURN 宏觀模型。 20 世紀(jì) 80 年代末以后 （成熟階段） 由于早期計(jì)算機(jī)性能及發(fā)展水平限制，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)的交通仿真模型主要用在大、中型計(jì)算機(jī)以及圖形工作站上，而且?guī)缀醵际遣捎妹嫦蜻^(guò)程的傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方法， 大多數(shù)都是采用 Fortran 語(yǔ)言或?qū)Ｓ玫姆抡嬲Z(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，仿真模型也很難真正體現(xiàn)復(fù)雜的交通現(xiàn)象，系統(tǒng)的通用性、交互性、可維護(hù)性、擴(kuò)展性都較差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)步， 20 世紀(jì) 80 年代末以來(lái)， ITS 成為了國(guó)外研究的熱點(diǎn)，世界各國(guó)都展開(kāi)了以 ITS 為應(yīng)用背景的交通仿真軟件的研究與開(kāi)發(fā)，從 而出現(xiàn)了一大批評(píng)價(jià)和分析 ITS 系統(tǒng)效益的仿真軟件，如表 1 所示。 表 1 國(guó)內(nèi)交通仿真 系統(tǒng) 的發(fā)展 與國(guó)外相比，由于我國(guó)交通國(guó)情的限制，長(zhǎng)期以來(lái)交通仿真并未引起有關(guān)部門(mén)的重視， 隨著 ITS 在世界各國(guó)研究的廣泛開(kāi)展，我國(guó)交通界認(rèn)識(shí)到了在我國(guó)開(kāi)展 ITS 研究的重要性。與此同時(shí)，作為 ITS 核心技術(shù)之一的交通仿真也受到了極大的關(guān)注。目前，同濟(jì)大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所等學(xué)校和科研單位都展開(kāi)了實(shí)質(zhì) 性的研究工作，并取得了一定的成果。但從總體上來(lái)看，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的交通仿真研究多是“各自為政”式的自主開(kāi)發(fā)，而沒(méi)有更多的聯(lián)系與合作，顯得比較零散，往往只局限于對(duì)單一問(wèn)題的研究解決， 很少?gòu)恼麄€(gè)交通環(huán)境的大系統(tǒng)來(lái)考慮，比如對(duì)多車(chē)道通行能力的仿真研究、高速公路入口匝道范圍的仿真、信號(hào)交叉口的組織優(yōu)化、超車(chē)模型和車(chē)道變換模型的仿真研究等等。 下面就我國(guó)現(xiàn)有的一些交通仿真現(xiàn)狀作一些簡(jiǎn)單介紹。 國(guó)內(nèi)交通仿真技術(shù)由于受諸多因素的影響 , 上世紀(jì) 90 年代之后才逐漸發(fā)展起來(lái) 。目前看來(lái) ,研究單位大多集中于高等院校和一 些科研機(jī)構(gòu) ,主要有同濟(jì)大學(xué) 、 浙江大學(xué) 、天津大學(xué) 、山東大學(xué) 、清華大學(xué) 、吉林工業(yè)大學(xué) 、東南大學(xué) 、上海交通大學(xué) 、北方交通大學(xué) 、北京工業(yè)大學(xué) 、西安交通大學(xué) 、交通部公路科學(xué)研究所等 。具體的仿真成果大致有 ： 同濟(jì)大學(xué)的鄒智軍 、楊東援開(kāi)發(fā)的 TJTS； 浙江大學(xué)的王曉薇 、李平研究的城域混合交通流仿真系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ； 同濟(jì)大學(xué)的鐘邦秀 、 楊曉光建立了面向?qū)ο笪⒂^交通仿真系統(tǒng) ；山東大學(xué)賈磊 、彭勃等建立的城市交通仿真系統(tǒng) (UTSS)； 清華大學(xué)的婁明 、 張毅研究的基于 Java3D 技術(shù)的虛擬車(chē)輛仿真系統(tǒng) ； 北京工業(yè)大學(xué)的榮建 、 向懷坤 、馮天科研究的基于 GIS 的城市快速路交通仿真模型研究 ； 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的孫晉文對(duì)基于 Agent 的智能交通控制策略與可視化動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行了研究等 。 國(guó)內(nèi)仿真模型所使用的大多是面向?qū)ο缶幊痰挠?jì)算機(jī)語(yǔ)言 ， 具體而言所使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要有 : V isual Studio. Net、 VC+ +、 Delphi + +、 JBuilder 等。 典型仿真軟件簡(jiǎn)介 CORSIM CORSI 是由美國(guó)聯(lián)邦公路局 ( FHWA ) 開(kāi)發(fā)的、綜合了兩個(gè)微觀仿真模型 (用于城市的 N ETSM 和用于高速公路的 F I SM) ， 能夠仿真城市道路和高速公路的交通流 。 CORSM 的目標(biāo)是交通系統(tǒng)管理的開(kāi)發(fā)和評(píng)價(jià)。它是一個(gè)能夠真實(shí)再現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通的隨機(jī)交通仿真模型 ,有先進(jìn)的跟車(chē)模型和車(chē)道變換模型 ， 以 ls為間隔模擬車(chē)輛的運(yùn)動(dòng) 。 CORSM 提供便于用戶(hù)觀察仿真結(jié)果的動(dòng)畫(huà)顯示。 1997年 , FHWA 發(fā)行了一個(gè)加強(qiáng)版 ,大大增強(qiáng)了 ITS 的仿真 ,稱(chēng)為 TREPGS,主要加強(qiáng)了對(duì)高速公路 、干線(xiàn) 、 交叉口 、 各種車(chē)型 (小汽車(chē)、公交車(chē)、貨車(chē) ) 、控制策略的模擬。 CORSM 主要的缺點(diǎn)在于缺少分配算法 ,這使得評(píng)價(jià)匝道控制、 事故和出行者信息引起的交通量轉(zhuǎn)移難以進(jìn)行。 CORSM 模型用于國(guó)內(nèi)交通狀況的研究也逐漸展開(kāi)。 PARAM ICS PARAMICS ( PARAllel M IC roscopic Simulator)是蘇格蘭 Quad stone 公司的微觀交通仿真產(chǎn)品。由于采用了并行計(jì)算技術(shù) ， PARAMICS 不僅可以對(duì)大規(guī)模的路網(wǎng)進(jìn)行仿真 ， 而且在仿真 ITS 基礎(chǔ)設(shè)施和擁擠道路網(wǎng)方面有突出表現(xiàn) ， PARAM ICS 主要由 5 個(gè)主要工具模塊組成 ,分別是建模工具 (Modelle r)、處理工具 ( Processo r)、分析工具 (A na lyser)、編程工 ( Programmer)和監(jiān)視工具 (Monitor) , 在新近發(fā)布的版本中增加了 OD 反估工具 ( Estimator)。其中建模工具是整個(gè)系統(tǒng)的核心 ， 主要用來(lái)建立交通路網(wǎng) ,提供 3 維交通仿真和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出 ,并均支持直觀的圖形界面 ； 而編程工具則為用戶(hù)提供了基于 C + + 的應(yīng)用程序接口 (A P I)， 用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)提供的接口函數(shù)來(lái)添加 ITS 子系統(tǒng)和交通管理措施的算法或定義其他一些特殊的控制策略 ， 描述它們對(duì)路網(wǎng)中用戶(hù)的駕駛行 為的影響 ， 形成應(yīng)用程序模塊并嵌入仿真當(dāng)中 ， 從而對(duì)這些交通管理和控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試 。 目前在 PARAM ICS 的編程工具中可以提供 4 大類(lèi)約 700 個(gè)左右的接口函數(shù)供用戶(hù)程序調(diào)用。 VISSIM VISSIM 是德國(guó) PTV 公司的產(chǎn)品 ,它是一個(gè)離散的 、隨機(jī)的 、 100 s 為時(shí)間步長(zhǎng)的微觀仿真模型 。以車(chē)輛的縱向運(yùn)動(dòng)采用心理 物理跟馳模型 ( psycho physical car fo llow ingmodel ) , 橫向運(yùn)動(dòng) (車(chē)道變換 ) 則采用基于規(guī)則 ( rule based ) 的算法 . 不同駕駛員行為的模擬分為保守型和冒險(xiǎn)型 。 VISSIM 提供了圖形化的界面 ,用 2D 和 3D 動(dòng)畫(huà)向用戶(hù)直觀顯示車(chē)輛運(yùn)動(dòng) ,運(yùn)用動(dòng)態(tài)交通分配進(jìn)行路徑選擇 。 VISSIM 能夠模擬許多城市內(nèi)和非城市內(nèi)的交通狀況 ,特別適合模擬各種城市交通控制系統(tǒng) ， 主要應(yīng)用有 : ①由車(chē)輛激發(fā)的信號(hào)控制的設(shè)計(jì)、 檢驗(yàn)、評(píng)價(jià) ； ②公交優(yōu)先方案的通行能力分析和檢驗(yàn) ； ③收費(fèi)設(shè)施的分析 ； ④匝道控制運(yùn)營(yíng)分析 ； ⑤路徑誘導(dǎo)和可變信息標(biāo)志的影響分析等。該軟件不但對(duì)公交車(chē)輛的組成及運(yùn)行特點(diǎn)作了特別詳細(xì)的考慮 ， 而且還在 交通流組成 中考慮了摩托車(chē)、自行車(chē)及行人等。然而 ， 該軟件交通模型的詳細(xì)性及所模擬的交通組成的多樣性增加了計(jì)算機(jī)硬件資源的消耗 (三維模擬時(shí)顯得尤為突出 )， 因而它對(duì)計(jì)算機(jī)硬件有較高的要求。 2. 基于面向?qū)ο蟮慕煌ǚ抡? 2 . 1 面向?qū)ο?的程序設(shè)計(jì) 思想 面向?qū)ο蟮乃枷胧怯密浖?duì)象模擬實(shí)際對(duì)象。面向?qū)ο蠓椒ㄊ腔诳陀^世界對(duì)象模型的軟件開(kāi)發(fā)方法 ， 是 20世紀(jì) 90年代軟件開(kāi)發(fā)的主流 ， 其出發(fā)點(diǎn)和追求的基本原則是軟件系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的直接模擬 ， 將現(xiàn)實(shí)世界中的事物直接映射到軟件系統(tǒng)的解空間 。 面向?qū)ο蠓椒梢栽鰪?qiáng)仿真模 型的直觀性、易理解性、可擴(kuò)充性和可重用性?；诿嫦?qū)ο蟮慕煌ǚ抡媾c控制 ， 可動(dòng)態(tài)地、逼真地仿真交通流和交通事故等各種交通現(xiàn)象 ， 深入地分析車(chē)輛、駕駛員和行人、道路以及交通流的交通特征 ， 有效地進(jìn)行交通規(guī)劃、交通組織與管理、交通能源節(jié)約與物資運(yùn)輸流量合理化等方面的研究。 C++語(yǔ)言是一種面向?qū)ο?、?lèi)型安全、功能強(qiáng)大的高級(jí)程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 ， 因此所有這些優(yōu)點(diǎn)使它成為交通仿真首選的高級(jí)程序語(yǔ)言。 程序設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦?設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu) 化程序設(shè)計(jì)的主要思想是功能分解并 逐步求精，結(jié)構(gòu)化 程序設(shè)計(jì)為處理復(fù)雜問(wèn)題提 供了有力的手段 , 但它仍是一種面向數(shù)據(jù)過(guò)程的設(shè)計(jì) 方法。 它將數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過(guò)程分離為相互獨(dú)立的對(duì)象 ， 在編程時(shí)必須時(shí)刻考慮所要處理的數(shù)據(jù)格式 ， 使數(shù)據(jù)與程序過(guò)程始終保持相 匹配。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的本質(zhì)是把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過(guò)程當(dāng)成一個(gè)整體 —— 對(duì)象 。 它是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的一種趨勢(shì) ， 是通過(guò)增加軟件可擴(kuò)容性和可重用性 ， 改善并提高程序編寫(xiě)的效率 ， 控制維護(hù)軟件的復(fù)雜性和 開(kāi)銷(xiāo)。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)吸取了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的一切優(yōu)點(diǎn) ， 它支持將數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作作為一個(gè)相互依存 ， 不可分割的整體來(lái)處理 ， 并采用數(shù)據(jù)抽象與信息隱藏技術(shù) ， 將象 及對(duì)對(duì)象的操作抽象成一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型 —— 類(lèi) , 通過(guò)類(lèi)的成員函數(shù)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)其成員變量。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)需要 4方面的技術(shù) ： 封裝、數(shù)據(jù)隱藏、繼承和多態(tài)。 C++ 語(yǔ)言充分支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) , 通過(guò) C++ 建立用戶(hù)定義類(lèi)型 (類(lèi) ) 支持封裝性和數(shù)據(jù)隱藏 。 定義的類(lèi)一旦生成后 , 就成為一個(gè)封裝的實(shí)體 , 作為一個(gè)整體單元使用 , 而類(lèi)內(nèi)部的行為被隱藏起來(lái) , 用戶(hù)只要知道如何使用這個(gè)類(lèi) ， 不必知道它是如何工作的 。 C++采用繼承支持重用的思想 , 程序可以在擴(kuò)展 現(xiàn)有類(lèi)型的基礎(chǔ)上聲明新類(lèi)型 ， 采用多態(tài)性為每個(gè)類(lèi)指定表現(xiàn)行為。 構(gòu)成交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)的基本元素是車(chē)輛 、 路段、車(chē)道、交叉口、信號(hào)燈和時(shí)鐘 , 交通網(wǎng)絡(luò)中的各交通元素和路網(wǎng)結(jié)構(gòu)都可以看作一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象 , 它們之間的相互作用構(gòu)成了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仿真的過(guò)程 , 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法非常適合定義這種交通網(wǎng)絡(luò)。所以在程序編制中 , 定義交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也就是定義交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)基本對(duì)象各自成員變量和成員函數(shù)以及各對(duì)象之間的關(guān)系 。因此 ， 采用 C