[发明专利]城市道路交通网络分析微观仿真系统

说明书

一、技术领域

本发明属于汽车技术领域。 

二、技术背景

交通仿真作为一种分析工具，辅助城市交通系统的规划、设计和运行管理，能使交通系统的建设和运行管理更加科学有效，缓解交通拥挤，节约出行时间，降低燃料消耗，减少交通事故和污染，从而带来巨大的经济效益。微观交通流仿真模型构建的途径是目前国际上交通运输仿真领域研究的前沿课题之一，而一体化的系统仿真环境是当今国际仿真环境发展的主流，是先进的仿真环境。 

三、发明内容

本发明在分析已有模型、算法的基础上，对微观交通流仿真的理论基础作进一步研究，探索计算机仿真实现的途径，并在此基础上，开发了城市道路微观交通流路段仿真系统。 

本发明的目标是以交通流理论的最新研究成果以及我国典型城市状况的调查与分析为基础，依据离散系统建模理论、模糊理论和随机应用理论对交通流运行过程进行严密合理地抽象，对传统的微观仿真模型进行改进，建立新一代的交通流微观仿真模型；对不同交通环境下驾驶员变换车道、跟驰等不确定性行为和“心理-物理”反应进行研究，在一体化仿真环境下建立新的微观仿真算法；探索构建交通仿真一体化环境的途径，研究对仿真过程中所涉及到的各种资源，如模型、算法、实验框架以及行为数据进行统一管理、使仿真过程中不同步骤的数据可以相互共享、使用户可以利用多窗口技术同时进行建模、实验、结果分析等多种工作的实现方法。 

城市道路微观交通流路段仿真系统，包括计算机硬件、外围的传感器装置和计算机软件，其中，计算机软件通过人机对话方式进行，客户通过程序对话界面调用数据库，软件程序包含道路模块、人-车单元模块、仿真模块、结果模块。 

其中，仿真模块又包括人-车单元发车模型、跟驰模型、换车道模型。 

用户通过计算机交互界面，自主选择模块组合以及各种条件。 

道路模块描述的是城市道路系统中的静态环境，包括路段单元和交叉口单元两部分；系统采用面向对象的模型构建技术(Object Oriented Modeling Technology)，在Visual C++环境下进行了开发，结合对道路环境的认识，按照基本路段的实际 类型构造仿真对象。 

用户可以通过菜单和对话框方式，自由组合道路各组成部分，形成系统仿真的道路环境。 

路段单元模块设置了路段起点、路段终点、路段长度、车道数目、路段交通量等特征参数，车道宽度、车道流量百分比； 

交叉口单元模块设置了交叉口类型、地区类型、长向停车线距离、短向停车线距离等特征参数，以及信号周期、红灯时长、绿灯时长、黄灯时长、保护灯时长等特征参数、大车比例、中车比例、右转比例、左转比例、单位小时公共汽车停车次数、进口流量；还有交叉口进口坡度、进口左侧车道宽、进口中间车道宽、进口右侧车道宽等特征参数。 

人-车单元模块描述的是驾驶员和车辆等动态对象的总体特征，它最终与道路环境共同形成仿真的基本框架。人-车单元模块的仿真对象包括驾驶员类型和车辆类型，驾驶员类型包括性别、年龄、驾驶倾向性参数，车辆类型包括：类型编号、几何尺寸(包括车辆长度和宽度等特征参数)、加速度参数(包括最大加/减速度等特征参数)、速度参数。 

仿真模块是城市道路微观交通流路段仿真系统最核心的部分，系统中针对不同的仿真对象调用不同的仿真模块。 

仿真模块主要包括路段仿真模块、交叉口仿真、路网仿真。 

路段仿真模块包括人-车单元的发车模型、约束驾驶行为的跟驰和换道模型、换车道模型以及仿真时钟的推进机制等必须的组成部分。 

结果模块主要是实现仿真数据的记录、分析和处理。交通流仿真数据从形式上讲，包括二进制数据、文本数据和显示数据；从内容讲，既包括每个仿真单元在各个扫描时刻的特性，即位置、速度、加速度等，又包括仿真交通流的宏观特性数据。通过以上设计方案，本系统实现了如下效果： 

(1)面向用户开放的仿真环境 

用户可以建立符合自己仿真实验要求的道路环境、驾驶员类型、车辆类型等，随意选择仿真模型和算法、时钟扫描的步长、交叉口类型和信号控制方式，设置安放车辆检测器、道路区间数据采集器等来收集仿真数据，并在路段上某一特定位置和某一时间范围内设置事件等，为用户完成仿真实验提供足够的发挥空间。 

(2)可按特定的交通流统计特性进行数字仿真