【正文】 基于面向?qū)ο蟮慕煌ǚ抡嬖O(shè)計(jì) 摘要 為了有效地提高城市道路的利用率 ,解決交通擁堵問題 ,有必要對(duì)城市道路的交通現(xiàn)狀做出科學(xué)的分析 ,找出合理的改善措施。交通流微觀仿真是交通優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段 ,是復(fù)現(xiàn)交通流時(shí)間空間變化的技術(shù) ,是一種采用計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型來反映復(fù)雜交通現(xiàn)象的交通分析方法。它可以對(duì)交通管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、道路幾何設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià) ,還可以進(jìn)行交通工程理論研究、交通安全分析 ,以及對(duì)新的交通技術(shù)和設(shè)想進(jìn)行測(cè)試 ,是近年來智能交通系統(tǒng) (ITS)的應(yīng)用研究中一個(gè)重要的評(píng)估工具。 本文以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想為基礎(chǔ) ,以 十字 交叉口的主干道為研究對(duì)象 ,采用基于交通流理論的車輛運(yùn)動(dòng)模型和計(jì)算機(jī)仿真理論構(gòu)建了城市交通微觀仿真軟件。該軟件是在 C++的集成開發(fā)環(huán)境 VC++ 下實(shí)現(xiàn)的 ,其基本上具備了路網(wǎng)構(gòu)造和管理、交通流運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)畫仿真、交通控制模擬、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及開放式交通方案輸入等功能。具體內(nèi)容如下 : (1)運(yùn)用面向?qū)ο蠓椒ㄅc可視化技術(shù)開發(fā)了城市交通微觀仿真系統(tǒng) ,對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析、功能模型設(shè)計(jì)、對(duì)象模型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在該仿真系統(tǒng)中 ,圖形用戶接口使用戶可以直觀地觀察仿真進(jìn)程 ,包括車輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)畫、交通信號(hào)燈狀態(tài)和交 通狀況顯示。 (2)城市交通微觀仿真系統(tǒng)的模型體系研究。交通微觀仿真系統(tǒng)的模型體系是交通仿真的核心內(nèi)容。模型體系的正確性直接決定仿真系統(tǒng)的成敗。本文主要立足于城市干道微觀交通流仿真系統(tǒng)的建模與實(shí)現(xiàn) ,首先選定和改進(jìn)了適合計(jì)算機(jī)模擬的微觀交通流的各仿真模型如 :路網(wǎng)描述模型、車輛產(chǎn)生模型、車輛運(yùn)動(dòng)模型、車輛自由行駛和跟馳模型、信號(hào)燈控制模型、交通事件響應(yīng)模型等。然后將這些交通模型有機(jī)地結(jié)合起來 ,編制各模型的實(shí)現(xiàn)模塊 ,確定系統(tǒng)的仿真方法。 (3)通過具體實(shí)驗(yàn) ,對(duì)軟件的功能進(jìn)行了測(cè)試分析 ,同時(shí)也驗(yàn)證了模型算法實(shí)現(xiàn)的可 行性和模型的逼真度。并給出影響干線通行能力的各因素調(diào)整方案和線控信號(hào)配時(shí)的實(shí)時(shí)調(diào)整流程 ,對(duì)優(yōu)化前后的信號(hào)配時(shí)參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比。 通過本文所述的研究工作 ,基本上完成了交通流模型的實(shí)現(xiàn)和單行車道實(shí)時(shí)綠波交通控制 ,找到了運(yùn)用 C++對(duì)微觀交通流的仿真方法 ,并從程序上實(shí)現(xiàn)了微觀交通流的二維仿真工作 ,為今后交通流仿真的繼續(xù)研究打下了較好的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ： 交通仿真 面向?qū)ο? 平面交叉口 Summary To raise the utilization of the urban road availably and resolve the traffic blockage problem, it is necessary to analyze present urban traffic condition scientifically and find out the reasonable improvement measure. As an important traffic optimizing measure, microscopic traffic simulation is a technique of reproducing the dynamic process of traffic flow and is able to reflect plicated traffic phenomena by means of puter mathematics models. It can be widely used in many aspects such as evaluation of traffic management system design and road geometry design, traffic theory study, traffic safety analysis, new technologies and concepts testing. It has been an important assessment implement of the application of intelligent transportation systems (ITS).In this paper, based on the ObjectOriented Programming, microscopic simulation software of urban traffic is realized using vehiclemoving model from traffic flow theory and puter simulation theory, in which a main road consisting of three intersections in series is taken as research object. The establishment of the simulation software is based on the integrated development environment of C++ which is named VC++. The system basically realizes the following functions such as work construction and management, simulation of animation for vehicle motion, traffic control simulation, date statistic, openly input of traffic schedule and so on. Concrete contents are as following:(1) The urban microscopic traffic system simulator is developed with the ObjectOriented method and visualization technology. This paper acplished the system need analyses, function model design, object model design and system frame design. In the simulator, a graphical user interface allows the users to visualize the simulation process, including animation of vehicle motion, state of traffic signals and indication of traffic condition.(2) The investigation of urban microscopic traffic simulation on model system is the core content of urban microscopic traffic simulation System. The validity of model system decided the success or failure of urban microscopic traffic simulation system directly. The thesis mainly based on modeling and practicing system of microscopic traffic flow simulation in urban arterial. First of all, we have established models of microscopic traffic flow, such as: work model, cargeneration model, cardynamical model, acceleration and deceleration model, free flowing model, carfollowing model, signal control model, event responding model, etc. Then have programmed module of all models, and determined the method of system simulation.(3) A concrete simulation experiment is introduced in the paper, which tested the software functions and validated the software realization of the traffic participant algorithm and the fidelity of the traffic participant behaviors. Adjustment scheme of the factor which impact arterial capacity and the real time adjustment flow of arterial control were presented. Additionally, parison results of signal parameter and appraise indexes are establishment of the research work of which stated in this thesis, this paper have realized microscopic traffic flow model algorithm and real time green control of oneway street, and found the method of traffic flow simulation used C++, and done the 2D simulation software. All of this has made a good foundation of continuing the research job of traffic flow simulation lately. Key words: traffic simulation objectoriented intersection 0 引言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展 ,城市機(jī)動(dòng)車的保有量逐年上升 ,城市土地利用和開發(fā)也帶來了城市布局以及環(huán)境的改變 ,由此引起的城市交通阻塞和混亂情況日益嚴(yán)重。為了有效地提高城市道路的利用率 ,解決交通擁堵問題 ,有必要對(duì)城市道路的交通現(xiàn)狀做出科學(xué)的分析 ,找出合理的改善措施。交通流微觀仿真作為交通優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段 ,可以從交叉口的設(shè)計(jì)、交通流的組織和渠化以及信號(hào)控制等方面來對(duì)交通現(xiàn)狀進(jìn)行仿真分析 ,在費(fèi)用及時(shí)間投入都很少的情況下及時(shí)得出評(píng)估結(jié)果 ,提出最優(yōu)方案 ,改善交通狀況。 1. 交通仿真的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 交通仿真的研究意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，影響交通系統(tǒng)的相關(guān)因素越來越多，而我們又總是力求尋找最優(yōu)解決方案，以期解決各種交通問題，然而，在現(xiàn)實(shí)交通環(huán)境中，某些領(lǐng)域需要大量資金的投入，某些領(lǐng)域還隱含著很多不安全因素，這就使得尋求最優(yōu)方案的期望變得很渺茫，甚至是不可能現(xiàn)實(shí)的。此時(shí)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行交通仿真就成為了一種很有效的技術(shù)手段。交通仿真是計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用，它不僅可以復(fù)現(xiàn)交通流時(shí)空變化的技術(shù)、為交通道路設(shè)計(jì)規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù)，而且還可以對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，以及環(huán)境影響的 評(píng)價(jià)等。同時(shí)，交通仿真系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)動(dòng)畫手段能夠非常直觀地表現(xiàn)出路網(wǎng)上車輛的運(yùn)行情況，動(dòng)畫過程中哪個(gè)局部位置的交通擁擠比較突出？哪個(gè)地方比較暢通，均可以做到一目了然。因此，交通仿真就成了交通工程研究人員測(cè)試和優(yōu)化各種道路交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)方案、描述復(fù)雜道路交通現(xiàn)象的一種直觀、方便、靈活、有效的交通分析工具。 交通仿真技術(shù)作為智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)（ ITS）的一項(xiàng)重要內(nèi)容，伴隨著 ITS 的蓬勃發(fā)展，目前已成為國(guó)內(nèi)外交通工程界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。 交通仿真研究的核心內(nèi)容 要建立一個(gè)能盡可能反映真實(shí)狀況的仿 真系統(tǒng)，必須有一個(gè)與之匹配的仿真模型，建立的模型要便于仿真系統(tǒng)逼真地模擬實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)中的各種實(shí)際交通行為，如車輛的跟馳行駛、車道變換、超車行駛、道路交叉口信號(hào)燈的控制等各種變化情況；另外，為了使仿真系統(tǒng)達(dá)到交通規(guī)劃、評(píng)價(jià)的性能，還要求模型的建立要便于仿真系統(tǒng)能夠隨時(shí)反應(yīng)全局路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，以及能記錄路網(wǎng)中任一實(shí)體當(dāng)前的各種狀態(tài)和彼此間的關(guān)系，以便于獲得各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)。所以，交通仿真模型的建立和交通仿真系統(tǒng)的開發(fā)就成了交通仿真研究的兩個(gè)核心內(nèi)容。 交通仿真模型分類 根據(jù)交通仿真模型對(duì)交通系統(tǒng)描述的細(xì)節(jié) 程度不同， 可將交通仿真模型劃分為宏觀、中觀 (又稱準(zhǔn)微觀 )、微觀 3 種 . 宏觀交通仿真模型 宏觀交通仿真模型對(duì)交通系統(tǒng)的要素、實(shí)體、行為及其相互作用的細(xì)節(jié)描述非常粗糙，例如通過流密度等關(guān)系來描述交通流的一些集聚性的宏觀模型，對(duì)車道變換之類的細(xì)節(jié)行為可能根本不予以描述。宏觀模型的重要參數(shù)是車輛速度、密度和流量。宏觀交通仿真模型對(duì)計(jì)算機(jī)資源要求較低，它的仿真速度很快，主要用于研究交通基礎(chǔ)設(shè)施的新建與擴(kuò)建及宏觀管