【文章內(nèi)容簡介】 ++語言 , 通過面向?qū)ο蟮念惗x方式來建立交通網(wǎng)絡(luò)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 面向?qū)ο蟮念惗x 交通流仿真系統(tǒng)具有非常復(fù)雜多樣的實(shí)體和屬性 , 在實(shí) 際的應(yīng)用研究中 , 一般應(yīng)該對復(fù)雜的實(shí)際問題加以簡化和假設(shè) , 以便建立合適的模型求解問題。在交通網(wǎng)絡(luò)中 , 實(shí)體主要包括車輛、路段、車道、交叉口、信號燈、時鐘等 6 個對象 , 通過分析交通網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體之間的關(guān)系 , 把這些實(shí)體映射到面向?qū)ο竽M空間中形成抽象的類 : 交叉口類 (tintersection)、 路段類 (tlink)、車道類 (tlane)、車輛類 (tvehicl)、信號燈類 (tsignal)和時鐘類 (tclock)。 然后針對每個類的不同特點(diǎn)及相互之間的聯(lián)系 , 再定義各個類的成員變量和成員函數(shù)。 1) 車輛類。車輛類用來描述仿真中車輛實(shí)體的屬性 ,它的不斷產(chǎn)生可以保證仿真的持續(xù)進(jìn)行。車輛類的各個成員變量和成員函數(shù)均從不同角度反映車輛在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行時的動態(tài)特性。 定義的車輛屬性可區(qū)分為私有、保護(hù)和公有屬性 ，不同的屬性界定了該類對其它類的開放程度。 為了對路網(wǎng)中車輛的運(yùn)行行為進(jìn)行較為深入細(xì)致的微觀描述 , 筆者對車輛類的私有屬性考慮得較為全面 , 包括車輛標(biāo)號、長度、寬度、類型、車輛存在狀態(tài)、車輛位置、 速度、最大速度、期望速度、平均速度、加速度、 最大加速度、最大減速度、前車標(biāo)號、后車標(biāo)號、轉(zhuǎn)彎方向、 以 及駕駛員對環(huán)境的熟練程度和冒險傾向等。 2 ) 路段類。 在路網(wǎng)圖上 , 路段是連接兩個交叉口或 2個節(jié)點(diǎn)間的有方向的線段 , 是組成道路網(wǎng)的基本要素。其類結(jié)構(gòu)的定義與車輛類相似 , 主要成員變量包括私有屬性和公有屬性 , 私有變量主要包括路段標(biāo)號、路段長度、車道數(shù)、通行能力、自由流車速、下游節(jié)點(diǎn)標(biāo)號和上游節(jié)點(diǎn)標(biāo)號等 , 成員函數(shù)用來設(shè)置、確定當(dāng)前路段標(biāo)號及其在網(wǎng)絡(luò)中的屬性 , 主要的函數(shù)為 : set— cu rrent— link ( ) ,get— current— link ( ) , set— down— link( )和 get—down— link()等。 路段類是路網(wǎng)面向?qū)ο竽M中必不可少的 , 不僅用來描述各個單獨(dú)路段的屬性 ,而且也描述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)、各路段之間的鏈接關(guān)系。 3 ) 車道類。 車輛的運(yùn)行是在車道上 , 研究車道上的車輛隊列非常重要。 車道一般作為一個單獨(dú)的類。 其成員變量包括車道寬度、轉(zhuǎn)彎方向、車輛排隊長、最大排隊長和車道控制類型等。車道類是微觀仿真的基本單元。 4) 交叉口類。交叉口類的每個成員變量分別描述交叉口不同方面的屬性 , 如交叉口標(biāo)號、交叉口上下游節(jié)點(diǎn)、與各方向相連的進(jìn)出口路 段標(biāo)號和各個進(jìn)口的屬性等。 交叉口類是交通網(wǎng)絡(luò)仿真的一個基本單元 , 交叉口類對象定義為例來描述交叉口類的基本結(jié)構(gòu) , 如圖所示。 5) 信號燈類。信號燈類主要是用來描述信號配時參數(shù)中的紅綠燈時長等屬性 , 它可以控制每個車道中等待車輛隊列的放行。它的成員變量主要包括信號燈標(biāo)號、信號周期時長、當(dāng)前的信號燈色 、紅燈時長、綠燈時長、黃燈時長、相序、綠信比以及從模擬開始到當(dāng)前時鐘信號燈已經(jīng)過的周期數(shù)等。 6) 時鐘類。時鐘類主要是為了控制仿真中當(dāng)前時鐘的推進(jìn)而設(shè)置的 , 它隨事件的推進(jìn)而推進(jìn) ,可以控制仿真的進(jìn)程 , 多用在定時模塊中。鐘類的成員變量主要包括當(dāng)前時間值、 仿真時間步長、仿真時間等。 各個類通過以下語句進(jìn)行定義。 Class T — name // 實(shí)體類名稱 { public: 成員函數(shù)定義 。 private: 成員變量定義 。 }。 數(shù)據(jù)成員一般均為私有成員 , 對外界都是封閉的 , 只有通過其相應(yīng)的成員函數(shù)才能對其進(jìn)行調(diào)用。 定義了交通網(wǎng)絡(luò)元素的各實(shí)體類后 , 在程序中通過以下語句聲明其對象。 T— name name。 //類對象 name 為聲明的對象 , 在程序中通過對對象的編程實(shí)現(xiàn)對各對象的控制。 基于 C++編程的 deque 隊列結(jié)構(gòu) 交通網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體進(jìn)行類定義后 ， 對于每一類實(shí)體 , 單個對象只是交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)對象集合的一個單元 ， 如一個車輛對象只是整個網(wǎng)絡(luò)所有車輛對象的 一個單元 , 因此 , 通過建立共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行存取數(shù)據(jù) , 從而提高數(shù)據(jù)的存取速度 , 共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是采用 C++中的 deque 模板函數(shù)來定義容納各種類對象或指針的隊列結(jié)構(gòu) , 筆者定義了以下 4 種 deque 隊列結(jié)構(gòu)。 typedef deque TV ehicle TV EHICLELIST； //車輛隊列的定義 typedef deque TL ink TLNKLIST； //路段隊列的定義 typedef deque T Intersection SECTIONLIST； //交叉口隊列的定義 typedef deque T Signa l TSIGNALLIST； //信號燈隊列的定義 其中 : TV EHICLELIST為車輛 deque 隊列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)上產(chǎn)生的所有車輛的類對象 ； TLIKLIST為路段 deque隊列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所有路段的類對象 ； TINTERSECTIONLIST為交叉口 deque 隊列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所有交叉口的類對象 ； TSIGNALLIST 為信號燈 deque 隊列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所 有信號燈的類對象。 定義了各對象的 deuqe 隊列結(jié)構(gòu)后 , 通過下面語句建立其隊列對象。 TVEHICLELIST vehiclelist； 車輛隊列對象的定 義 TLIKLIST link list； 路段隊列對象的定義 ONLIST intersection list； 交叉口 隊列對象的定義 TSIGNALLIST signallist； 信號燈隊列對象的定 義 3. 平面交叉口交通仿真的建模 模型基本組成部分 平面交叉口主要由信號燈、 交通標(biāo)志 、交通標(biāo)線 、交叉口 、車道 5 部分組成 。使用者由機(jī)動車、非機(jī)動車、行人 3部分組成 。 因此用 C++實(shí)現(xiàn)的交叉口仿真模型就必須相應(yīng)地由以下 8個類組成。 1) 信號燈類。屬性 : 信號燈相位 ,顏色 ； 方法 ： 確定顏色 ， 顯示顏色。 2) 交通標(biāo)線類。屬性 : 類型 ,內(nèi)容 ； 方法 ： 誘導(dǎo)車輛。 3) 交通標(biāo)志類。屬性 :類型 ,大小 ,內(nèi)容 ； 方法 ： 對車輛要求。 4) 交叉口類。屬性 :類型 ,編號 ； 方法 ： 進(jìn) 、 出口使用類型編號。 5) 車道類。屬性 : 寬度 , 類型 ( 直行 , 左轉(zhuǎn) , 右 轉(zhuǎn) )； 方法 ： 變換車道 ， 確定車道類型。 6) 機(jī)動車類。屬性 : 車輛類型 ， 車輛噸位 ； 方法 ： 直行 ， 左轉(zhuǎn) ， 右轉(zhuǎn) ，加速 ， 減速 ， 停車 ， 超車 。 7) 非機(jī)動車類。屬性 :類型 ,車速 ； 方法 ： 直行 ， 左轉(zhuǎn) ， 右轉(zhuǎn) 。 8) 行人類。屬性 : 方向 ； 方法 ： 直行 ， 左轉(zhuǎn) ， 右轉(zhuǎn)。 交叉口模型 交叉口模型包括交叉口類型 、 車道數(shù) 、 交通標(biāo)線及交通標(biāo)志內(nèi)容 、 信號燈配時參數(shù) ， 模型參數(shù)通過有關(guān)路口參數(shù)的一個對話框輸入 。 此模型為靜態(tài)模型 ， 從仿真初始化后就不再變化 。 界面如下圖 車輛模型 XSWXZQ @SA 車輛模型包括車輛顏色 、 形狀 、 位置 、 最高速度 、 反應(yīng)時間等內(nèi)容 。 本模型假設(shè)各種車輛在交叉口占據(jù)相同大小的空間。 4. 平面交叉口仿真的實(shí)現(xiàn)過程 需求分析 ? 根據(jù)限定條件仿真十字路口路口的交通運(yùn)行情況： ? 以十字路口為一個系統(tǒng)，共有四個出入口： ? 兩個橫向出入口，兩個縱 向出入口，小車的出發(fā)地和目的地依據(jù)假設(shè)的概率隨機(jī)產(chǎn)生。 ? 車在行駛時，依照下列交通規(guī)則： 綠燈行，紅燈停，黃燈忽略。 紅綠燈的控制 規(guī)則為：綠燈亮 10 秒后紅燈亮 10 秒。 系統(tǒng)模型 系統(tǒng)中重要類的識別 ① 在系統(tǒng)設(shè)計中，識別出主要兩個類：汽車類 CCar和紅綠燈類CRedGreenLight類。其中 CCar類是系統(tǒng)中各類汽車的抽象，它封裝了各類汽車的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法； CRedGreenLight類是二個十字路口 CR1和 CR2上八個交通燈的抽象，它封裝了交通燈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法。 ② 系統(tǒng)中的其它主要類 CMainFrame 類、 CDemoView 類、 CDemoDoc 類由VC Studio 集成開發(fā)環(huán)境自動創(chuàng)建，其中： CMainFrame 類是應(yīng)用程序窗口框架類，它負(fù)責(zé)應(yīng)用程序窗口框架中所有的可視對象，如菜單、工具條，并處理應(yīng)用程序中來自窗口框架對象所發(fā)的所有消息。 CDemoView 類是應(yīng)用程序視圖區(qū)類，它負(fù)責(zé)在視區(qū)向用戶顯示可視化文檔（即數(shù)據(jù)），并負(fù)責(zé)將用戶輸入的信息傳送至 CDemoDoc 類，并從 CDemoDoc類接收顯示的信息。 CDemoDoc 類負(fù)責(zé)應(yīng)用程序文檔 (數(shù)據(jù) )的存貯，并和 CDemoView 類進(jìn)行交互。 系統(tǒng)中的類圖 C D e m o D o cC R e d G r e e n L ig h tC C a rC M a in Fr a mC D e m o V ie w 汽車及紅綠燈的狀態(tài)遷移圖 紅綠燈的狀態(tài)遷移圖 綠燈計時器遞減至0燈以初始狀態(tài)( 假設(shè)為綠燈亮) 顯示紅燈亮 綠燈亮紅綠燈顯示停A p p S t a r t紅燈計時器值不為0綠燈計時器值不為0綠燈計時器值不為0紅燈計時器值為0綠燈計時器值為0A p p E n dT i m e r E n d T i m e r E n d 汽車狀 態(tài)遷移圖 路口產(chǎn)生汽車的時刻末到在各路口產(chǎn)生汽車路端口不產(chǎn)生汽車汽車向前方移動汽車停汽車右拐汽車消亡路口產(chǎn)生汽車的時刻到且路口無汽車路口產(chǎn)生汽車的時刻到但路口已有汽車路口產(chǎn)生汽車的時釧到且路口無汽車運(yùn)行前方無車及無紅燈阻擋運(yùn)行前方無車及無紅燈阻擋前方有車或有紅燈阻擋前方有車或有紅燈阻擋汽車到達(dá)目的地運(yùn)行前方無車及無紅燈阻擋運(yùn)行前方無車及無紅燈阻擋在C R 1 或C R 2 路口需左/ 右拐. . .在拐的位置上有車A p p S t a r tA p p E n dA p p E n d 標(biāo)識符命名規(guī)則 ①類的命名形式為“ C+類名的意義單詞”（類名中每個單詞的首字母大寫）。比如： CCar， CRedGreenLight。 ②類中成員函數(shù)的命名規(guī)則為：代表成員函數(shù)的功能的單詞的組合，其中每個單詞首字母大寫。比如： GetNextDirection。 ③類中成員變量的命名規(guī)則為：“ m_表示其含義的單詞 ”。如 m_direction。 ④ 局部變量用小寫單詞表示。 總之，系統(tǒng)中所有標(biāo)識符都做到了見其名能知其義。 5. 系統(tǒng)中重要類及方法的說明 CCar類 的說明 它是系統(tǒng) 中各種汽車的抽象。有如下屬性和方法 : class CCar { private Address m_From。 //汽車的起點(diǎn) Address m_To。 //汽車的終點(diǎn) Direction m_direction。 //目前的方向 bool m_Handled。 //標(biāo)志，表示汽車是否已被處理，用于串行模擬并行的調(diào)度中 int m_x,m_y。 //汽車目前的邏輯坐標(biāo)，用于判斷是否該移動 public: CRedGreenLight *GetRedGreenLight(int x, int y)。 //取得汽車所在地當(dāng)前的紅綠燈 CCar* GetCar(int x, int y, Direction CurDirection)。 //取得前面的汽車 Place Where(int x,int y)。 //取得汽車當(dāng)前所處的路段 Direction GetNextDirection(int x, int y, Address addressTo, Direction CurrentDir)。 //取得汽車下一次的前行方向 CCar(Address From,Address To,int x,int y,Direction direction)。//構(gòu)造函數(shù) void Move()。 //汽車移動，它描述了汽車前行的規(guī)則 void GoStep()。 //汽車前行一步 virtua