摘 要:交通仿真是近些年来在交通系统的研究、规划、验证和开发中广泛使用的一种技术。文章从交通仿真的定义和研究内容出发,系统介绍了交通仿真的三种模型。文中描述了交通仿真在国内外的发展历程和研究现状,并对其中一些典型软件和模型作了介绍,在最后,指出了当前交通仿真的一些不足。

关键词:交通仿真;分类;研究状况;模型
一、研究背景
随着科技的迅猛发展,计算机的功能日益强大,可为人民服务的范围也日益宽广。现实中的交通可通过计算机实时复现,问题的解决亦可由其模拟实现。交通仿真是计算机技术在交通工程领域的重要应用,不仅可重复再现交通流随时空变化的运行态势,亦可对各种交通参数、经济参数等进行单一或综合分析,以科学量化方式提供交通管理与决策的依据。
二、交通仿真
2.1仿真
仿真是用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在或设计中的系统。当所研究的系统造价昂贵、实验危险性大或需要很长时间才能了解系统参数变化所引起的后果时,仿真是一种较有效的研究手段。
2.2计算机仿真
计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性较逼真的模仿。它是一种描述性技术和一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式,来描述该过程或该系统,然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征,从而得出数量指标,为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果,作为决策的理论依据。
2.3交通仿真
交通仿真是研究复杂交通问题的重要工具,尤其是当一个系统过于复杂,无法用简单抽象的数学模型描述时。其可以清晰的辅助分析预测交通堵塞的地段和原因,对城市规划、交通工程和交通管理的有关方案进行比较和评价,在问题成为现实以前,尽量避免,或有所准备。
2.3.1交通仿真的特点
(1)经济性:有些数据无法通过调研和试验得到,或这一过程花费的人力、物力过大,此情况下,交通仿真就可用较少花费实现此目标。
(2)安全性:利用计算机进行仿真试验,可避免实地调研和试验中可能出现的意外伤害,不会对个人、社会造成不良的影响。
(3)可重复性:仿真模型一旦建立,只要符合这个模型,可以任意重复仿真过程。
(4)易用性:仿真方法更容易应用,不需要太多数学知识去建立一些解析模型。
(5)可控制性:交通仿真是通过程序控制的,很容易使某些参数的作用限制在一定范围或特定值。
三、交通仿真的分类
3.1宏观交通仿真
宏观交通仿真对系统所包含的要素、行为、实体及相互作用的细节程度描述的很粗略,缺乏对道路纵横断面变化和交通控制与管理特点变化的考虑。其模型的灵活性和描述能力有限,主要应用于交通规划。最具代表性的是英国道路与交通研究所的D.L.罗伯逊于1967年开发的道路交通流仿真软件TRANSYT,主要用于确定定时交通信号参数的最优值。
3.2中观交通仿真
中观交通仿真对系统所包含的要素、行为、实体及相互作用的细节程度的描述比宏观较具体,但比起微观来说,是较为粗略的。其模型主要应用于反映路网动态特性的研究,适用于大、中、小型路网的仿真。较为常见的模型主要有INTEG-RATION, DYNASMART, DYNAMIT等国外仿真模型和国内目前正在开发的DYNACASTIM模型。
3.3微观交通仿真
它的研究对象是单个车辆,追踪每个车辆的移动过程,用一些相对简单但比较真实的仿真模型来模拟车辆在不同道路和交通条件下的路网上运行的情况,并将结果以动态图像的形式显示出来。其模型主要用于模拟微观道路几何参数,车辆运行情况等细节。
四、交通仿真的研究状况
4.1国外交通仿真的发展
到目前来看,国外在交通仿真研究方面已取得了较为卓越、成熟的绩效,并开发了很多有效的交通仿真软件,其中一些软件已实现了商业化和产品化。纵观其发展历程,大致经历三个阶段。
4.1.1起步阶段(20世纪60年代)
国外交通仿真研究的起步阶段要追溯到20世纪60年代,这一阶段其系统主要研究优化城市道路的信号设计,模型多采用宏观交通仿真,模型的灵活性和描述能力均较有限,计算机发展水平较低,所以仿真结果并不尽人意。最具代表性的成果有TRANSYT,由英国道路交通研究所的D-I罗伯逊先生在1966年提出,主要用于确定定时信号参数的最优值;Ger-lough在1963年建立道路网络信号配置的模型。
4.1.2快速发展阶段(20世纪70~80年代)
20世纪70年代至80年代,由于计算机的迅速发展,计算机仿真模型的精度也迅速提高,功能更加多样,微观交通仿真模型开始出现,交通仿真也得到了飞速的发展。这一阶段大部分常见的交通现象如跟车行驶、变换车道等,以及常见的交通管控措施如控制主次等均可进行模拟。
4.1.3成熟阶段(20世纪80年代末以后)
20世纪80年代末以后,随着计算机软件开发技术的进步以及世界各国研究智能交通运输系统热潮的到来,出现了一大批仿真模型和软件系统,亦使得交通仿真研究逐步走向成熟阶段。典型代表如下图:
4.2主要仿真软件
4.2.1TRANSIMS
TRANSIMS微观模拟系统是由美国LOS ALAMOS国家实验室开发研制的。其基本特点是并运算。即该系统运行于并行计算机上,比如多台工作站或超级计算机等。不同计算机处理的边界总是在道中,它的逻辑计算复杂程度要比边界选择交叉口的逻辑计算程度小许多。该系统包含速度???、有信号灯交叉路口??榈饶??。
4.2.2AIMSUN
AIMSUN是处理如城市路网、高速路网等不同交通网的交通模拟器,它主要目是在被应用于实际的交通路网之前测试新的交通控制系统和管理方案。包括用户接口、预模拟??榈茸幽??。该系统可根据不同种类的车型,驾驶员的驾驶行为进行模拟。
4.3国内发展状况
与国外发展比较起来,国内发展相对较晚,上世纪90年代之后才逐渐发展起来的。目前,同济大学的邹智军、杨东援,浙江大学的王晓薇、李平,清华大学的娄明、张毅研等人都开展了实质性的工作,并取得了一定的成绩。但是从总体上看来,国内仿真工作并没有更多合作与联系,显得较为零散。
五、结束语
尽管当前交通仿真发展取得了较大成就,软件功能逐渐强大,但仍然存在着很大不足。如部分仿真软件都是理想化仿真,没有考虑行人因素,并不能如实地反映真实情况;软件之间契合程度较低,多个软件之间并不能很好的契合在一块使用。交通仿真必会朝着虚拟现实技术和并行计算的方向发展,随计算机的发展,交通仿真必会实现突飞猛进的发展。
参考文献
[1] 魏明,交通仿真的发展及研究现状[J].系统仿真学报,2003.
[2] 张立东,交通仿真研究现状分析[J].计算机仿真,2006.
[3] 邹智军,新一代交通仿真综述[J].系统仿真学报,2010.