【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ++語(yǔ)言 , 通過(guò)面向?qū)ο蟮念?lèi)定義方式來(lái)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?lèi)定義 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(duì)復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題加以簡(jiǎn)化和假設(shè) , 以便建立合適的模型求解問(wèn)題。在交通網(wǎng)絡(luò)中 , 實(shí)體主要包括車(chē)輛、路段、車(chē)道、交叉口、信號(hào)燈、時(shí)鐘等 6 個(gè)對(duì)象 , 通過(guò)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(lèi) : 交叉口類(lèi) (tintersection)、 路段類(lèi) (tlink)、車(chē)道類(lèi) (tlane)、車(chē)輛類(lèi) (tvehicl)、信號(hào)燈類(lèi) (tsignal)和時(shí)鐘類(lèi) (tclock)。 然后針對(duì)每個(gè)類(lèi)的不同特點(diǎn)及相互之間的聯(lián)系 , 再定義各個(gè)類(lèi)的成員變量和成員函數(shù)。 1) 車(chē)輛類(lèi)。車(chē)輛類(lèi)用來(lái)描述仿真中車(chē)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(chē)輛類(lèi)的各個(gè)成員變量和成員函數(shù)均從不同角度反映車(chē)輛在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。 定義的車(chē)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(lèi)對(duì)其它類(lèi)的開(kāi)放程度。 為了對(duì)路網(wǎng)中車(chē)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(duì)車(chē)輛類(lèi)的私有屬性考慮得較為全面 , 包括車(chē)輛標(biāo)號(hào)、長(zhǎng)度、寬度、類(lèi)型、車(chē)輛存在狀態(tài)、車(chē)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(chē)標(biāo)號(hào)、后車(chē)標(biāo)號(hào)、轉(zhuǎn)彎方向、 以 及駕駛員對(duì)環(huán)境的熟練程度和冒險(xiǎn)傾向等。 2 ) 路段類(lèi)。 在路網(wǎng)圖上 , 路段是連接兩個(gè)交叉口或 2個(gè)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(lèi)結(jié)構(gòu)的定義與車(chē)輛類(lèi)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(hào)、路段長(zhǎng)度、車(chē)道數(shù)、通行能力、自由流車(chē)速、下游節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)和上游節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)等 , 成員函數(shù)用來(lái)設(shè)置、確定當(dāng)前路段標(biāo)號(hào)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(lèi)是路網(wǎng)面向?qū)ο竽M中必不可少的 , 不僅用來(lái)描述各個(gè)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(chē)道類(lèi)。 車(chē)輛的運(yùn)行是在車(chē)道上 , 研究車(chē)道上的車(chē)輛隊(duì)列非常重要。 車(chē)道一般作為一個(gè)單獨(dú)的類(lèi)。 其成員變量包括車(chē)道寬度、轉(zhuǎn)彎方向、車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)、最大排隊(duì)長(zhǎng)和車(chē)道控制類(lèi)型等。車(chē)道類(lèi)是微觀仿真的基本單元。 4) 交叉口類(lèi)。交叉口類(lèi)的每個(gè)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(hào)、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(hào)和各個(gè)進(jìn)口的屬性等。 交叉口類(lèi)是交通網(wǎng)絡(luò)仿真的一個(gè)基本單元 , 交叉口類(lèi)對(duì)象定義為例來(lái)描述交叉口類(lèi)的基本結(jié)構(gòu) , 如圖所示。 5) 信號(hào)燈類(lèi)。信號(hào)燈類(lèi)主要是用來(lái)描述信號(hào)配時(shí)參數(shù)中的紅綠燈時(shí)長(zhǎng)等屬性 , 它可以控制每個(gè)車(chē)道中等待車(chē)輛隊(duì)列的放行。它的成員變量主要包括信號(hào)燈標(biāo)號(hào)、信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)、當(dāng)前的信號(hào)燈色 、紅燈時(shí)長(zhǎng)、綠燈時(shí)長(zhǎng)、黃燈時(shí)長(zhǎng)、相序、綠信比以及從模擬開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)鐘信號(hào)燈已經(jīng)過(guò)的周期數(shù)等。 6) 時(shí)鐘類(lèi)。時(shí)鐘類(lèi)主要是為了控制仿真中當(dāng)前時(shí)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(shí)模塊中。鐘類(lèi)的成員變量主要包括當(dāng)前時(shí)間值、 仿真時(shí)間步長(zhǎng)、仿真時(shí)間等。 各個(gè)類(lèi)通過(guò)以下語(yǔ)句進(jìn)行定義。 Class T — name // 實(shí)體類(lèi)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(duì)外界都是封閉的 , 只有通過(guò)其相應(yīng)的成員函數(shù)才能對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。 定義了交通網(wǎng)絡(luò)元素的各實(shí)體類(lèi)后 , 在程序中通過(guò)以下語(yǔ)句聲明其對(duì)象。 T— name name。 //類(lèi)對(duì)象 name 為聲明的對(duì)象 , 在程序中通過(guò)對(duì)對(duì)象的編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各對(duì)象的控制。 基于 C++編程的 deque 隊(duì)列結(jié)構(gòu) 交通網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體進(jìn)行類(lèi)定義后 ， 對(duì)于每一類(lèi)實(shí)體 , 單個(gè)對(duì)象只是交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)對(duì)象集合的一個(gè)單元 ， 如一個(gè)車(chē)輛對(duì)象只是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有車(chē)輛對(duì)象的 一個(gè)單元 , 因此 , 通過(guò)建立共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)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(lái)定義容納各種類(lèi)對(duì)象或指針的隊(duì)列結(jié)構(gòu) , 筆者定義了以下 4 種 deque 隊(duì)列結(jié)構(gòu)。 typedef deque TV ehicle TV EHICLELIST； //車(chē)輛隊(duì)列的定義 typedef deque TL ink TLNKLIST； //路段隊(duì)列的定義 typedef deque T Intersection SECTIONLIST； //交叉口隊(duì)列的定義 typedef deque T Signa l TSIGNALLIST； //信號(hào)燈隊(duì)列的定義 其中 : TV EHICLELIST為車(chē)輛 deque 隊(duì)列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)上產(chǎn)生的所有車(chē)輛的類(lèi)對(duì)象 ； TLIKLIST為路段 deque隊(duì)列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所有路段的類(lèi)對(duì)象 ； TINTERSECTIONLIST為交叉口 deque 隊(duì)列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所有交叉口的類(lèi)對(duì)象 ； TSIGNALLIST 為信號(hào)燈 deque 隊(duì)列結(jié)構(gòu) , 用于存放路網(wǎng)中所 有信號(hào)燈的類(lèi)對(duì)象。 定義了各對(duì)象的 deuqe 隊(duì)列結(jié)構(gòu)后 , 通過(guò)下面語(yǔ)句建立其隊(duì)列對(duì)象。 TVEHICLELIST vehiclelist； 車(chē)輛隊(duì)列對(duì)象的定 義 TLIKLIST link list； 路段隊(duì)列對(duì)象的定義 ONLIST intersection list； 交叉口 隊(duì)列對(duì)象的定義 TSIGNALLIST signallist； 信號(hào)燈隊(duì)列對(duì)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(hào)燈、 交通標(biāo)志 、交通標(biāo)線 、交叉口 、車(chē)道 5 部分組成 。使用者由機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、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(gè)類(lèi)組成。 1) 信號(hào)燈類(lèi)。屬性 : 信號(hào)燈相位 ,顏色 ； 方法 ： 確定顏色 ， 顯示顏色。 2) 交通標(biāo)線類(lèi)。屬性 : 類(lèi)型 ,內(nèi)容 ； 方法 ： 誘導(dǎo)車(chē)輛。 3) 交通標(biāo)志類(lèi)。屬性 :類(lèi)型 ,大小 ,內(nèi)容 ； 方法 ： 對(duì)車(chē)輛要求。 4) 交叉口類(lèi)。屬性 :類(lèi)型 ,編號(hào) ； 方法 ： 進(jìn) 、 出口使用類(lèi)型編號(hào)。 5) 車(chē)道類(lèi)。屬性 : 寬度 , 類(lèi)型 ( 直行 , 左轉(zhuǎn) , 右 轉(zhuǎn) )； 方法 ： 變換車(chē)道 ， 確定車(chē)道類(lèi)型。 6) 機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)。屬性 : 車(chē)輛類(lèi)型 ， 車(chē)輛噸位 ； 方法 ： 直行 ， 左轉(zhuǎn) ， 右轉(zhuǎn) ，加速 ， 減速 ， 停車(chē) ， 超車(chē) 。 7) 非機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)。屬性 :類(lèi)型 ,車(chē)速 ； 方法 ： 直行 ， 左轉(zhuǎn) ， 右轉(zhuǎn) 。 8) 行人類(lèi)。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(lèi)型 、 車(chē)道數(shù) 、 交通標(biāo)線及交通標(biāo)志內(nèi)容 、 信號(hào)燈配時(shí)參數(shù) ， 模型參數(shù)通過(guò)有關(guān)路口參數(shù)的一個(gè)對(duì)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(chē)輛模型 XSWXZQ @SA 車(chē)輛模型包括車(chē)輛顏色 、 形狀 、 位置 、 最高速度 、 反應(yīng)時(shí)間等內(nèi)容 。 本模型假設(shè)各種車(chē)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(guò)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(gè)系統(tǒng)，共有四個(gè)出入口： ? 兩個(gè)橫向出入口，兩個(gè)縱 向出入口，小車(chē)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(chē)在行駛時(shí)，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(lèi)的識(shí)別 ① 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，識(shí)別出主要兩個(gè)類(lèi)：汽車(chē)類(lèi) CCar和紅綠燈類(lèi)CRedGreenLight類(lèi)。其中 CCar類(lèi)是系統(tǒng)中各類(lèi)汽車(chē)的抽象，它封裝了各類(lèi)汽車(chē)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法； CRedGreenLight類(lèi)是二個(gè)十字路口 CR1和 CR2上八個(gè)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(lèi) CMainFrame 類(lèi)、 CDemoView 類(lèi)、 CDemoDoc 類(lèi)由VC Studio 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境自動(dòng)創(chuàng)建，其中： CMainFrame 類(lèi)是應(yīng)用程序窗口框架類(lèi)，它負(fù)責(zé)應(yīng)用程序窗口框架中所有的可視對(duì)象，如菜單、工具條，并處理應(yīng)用程序中來(lái)自窗口框架對(duì)象所發(fā)的所有消息。 CDemoView 類(lèi)是應(yīng)用程序視圖區(qū)類(lèi)，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(lèi)，并從 CDemoDoc類(lèi)接收顯示的信息。 CDemoDoc 類(lèi)負(fù)責(zé)應(yīng)用程序文檔 (數(shù)據(jù) )的存貯，并和 CDemoView 類(lèi)進(jìn)行交互。 系統(tǒng)中的類(lèi)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(chē)及紅綠燈的狀態(tài)遷移圖 紅綠燈的狀態(tài)遷移圖 綠燈計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器值不為0綠燈計(jì)時(shí)器值不為0綠燈計(jì)時(shí)器值不為0紅燈計(jì)時(shí)器值為0綠燈計(jì)時(shí)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(chē)狀 態(tài)遷移圖 路口產(chǎn)生汽車(chē)的時(shí)刻末到在各路口產(chǎn)生汽車(chē)路端口不產(chǎn)生汽車(chē)汽車(chē)向前方移動(dòng)汽車(chē)停汽車(chē)右拐汽車(chē)消亡路口產(chǎn)生汽車(chē)的時(shí)刻到且路口無(wú)汽車(chē)路口產(chǎn)生汽車(chē)的時(shí)刻到但路口已有汽車(chē)路口產(chǎn)生汽車(chē)的時(shí)釧到且路口無(wú)汽車(chē)運(yùn)行前方無(wú)車(chē)及無(wú)紅燈阻擋運(yùn)行前方無(wú)車(chē)及無(wú)紅燈阻擋前方有車(chē)或有紅燈阻擋前方有車(chē)或有紅燈阻擋汽車(chē)到達(dá)目的地運(yùn)行前方無(wú)車(chē)及無(wú)紅燈阻擋運(yùn)行前方無(wú)車(chē)及無(wú)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(chē)A p p S t a r tA p p E n dA p p E n d 標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則 ①類(lèi)的命名形式為“ C+類(lèi)名的意義單詞”（類(lèi)名中每個(gè)單詞的首字母大寫(xiě)）。比如： CCar， CRedGreenLight。 ②類(lèi)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(gè)單詞首字母大寫(xiě)。比如： GetNextDirection。 ③類(lèi)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(xiě)單詞表示。 總之，系統(tǒng)中所有標(biāo)識(shí)符都做到了見(jiàn)其名能知其義。 5. 系統(tǒng)中重要類(lèi)及方法的說(shuō)明 CCar類(lèi) 的說(shuō)明 它是系統(tǒng) 中各種汽車(chē)的抽象。有如下屬性和方法 : class CCar { private Address m_From。 //汽車(chē)的起點(diǎn) Address m_To。 //汽車(chē)的終點(diǎn) Direction m_direction。 //目前的方向 bool m_Handled。 //標(biāo)志，表示汽車(chē)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(chē)目前的邏輯坐標(biāo)，用于判斷是否該移動(dòng) public: CRedGreenLight *GetRedGreenLight(int x, int y)。 //取得汽車(chē)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(chē) Place Where(int x,int y)。 //取得汽車(chē)當(dāng)前所處的路段 Direction GetNextDirection(int x, int y, Address addressTo, Direction CurrentDir)。 //取得汽車(chē)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(chē)移動(dòng)，它描述了汽車(chē)前行的規(guī)則 void GoStep()。 //汽車(chē)前行一步 virtua