城市快速路交通仿真.pptx

城市快速路微观仿真系统城市快速路微观仿真系统(ESS)2城市快速路交通仿真模型城市快速路交通仿真模型16.2 城市快速路交通仿真城市快速路交通仿真6.2.3 城市快速路交通流仿真城市快速路交通流仿真1、主线交通流仿真模型、主线交通流仿真模型1 1）构造模型的基本假设）构造模型的基本假设为了简化问题，假定快速路各进口匝道的流入需求量及目的已知，并将为了简化问题，假定快速路各进口匝道的流入需求量及目的已知，并将充分小的的各单位时间段内的流入需求量视为常量充分小的的各单位时间段内的流入需求量视为常量匝道快速路区间的交通状态用车流密度和速度加以表示，并假定它们的匝道快速路区间的交通状态用车流密度和速度加以表示，并假定它们的关系为线性关系即关系为线性关系即区间a的车流速度（m/min)区间a的车流密度(辆/m车道数）在充分短的各单位时间段内，各区间内的流出交通量视为均匀分布在充分短的各单位时间段内，各区间内的流出交通量视为均匀分布2 2）主线各区间交通量仿真模型）主线各区间交通量仿真模型主线各区间交通量模型，用任意仿真时间段内各区间终点断主线各区间交通量模型，用任意仿真时间段内各区间终点断面的交通量表示可由下式求出面的交通量表示可由下式求出时间段时间段s内通过终点断面的交通量内通过终点断面的交通量区间影响系数区间影响系数时间段时间段r内由进口匝道内由进口匝道i流入的交通量流入的交通量区间区间a的集合的集合进口匝道进口匝道i的集合的集合3 3）主线区间行驶速度仿真模型）主线区间行驶速度仿真模型主线区间行驶速度仿真模型是以构造模型的基本假设为基主线区间行驶速度仿真模型是以构造模型的基本假设为基础，在各区间使用交通流守恒法则建立的础，在各区间使用交通流守恒法则建立的进口匝道进口匝道m作为区间作为区间a起点时的情况为：起点时的情况为：出口匝道出口匝道j作为区间作为区间a的起点的情况为：的起点的情况为：时间段时间段s内通过区间内通过区间a及及a-1终点断面的交终点断面的交通量，即区间流通量，即区间流 出交通量出交通量作为区间起点的进口匝道作为区间起点的进口匝道m在时间段在时间段s内内的流入交通量的流入交通量时间段时间段s内区间内区间a的车流密度的车流密度区间区间a的长度的长度作为区间起点的出口匝道作为区间起点的出口匝道i在时间段在时间段s内的内的流出交通量流出交通量上式中各变量的含义上式中各变量的含义若事先求得在时间段若事先求得在时间段s内的车流密度、区间内的车流密度、区间a流出流出量、进口匝道的流入交通量和出口匝道的流出交量、进口匝道的流入交通量和出口匝道的流出交通量，就可以通过上式推导出时间段通量，就可以通过上式推导出时间段s+1时的区间时的区间a行驶速度仿真模型行驶速度仿真模型：4 4）影响系数模型化）影响系数模型化区间影响系数区间影响系数 模型化模型化区间影响系数是一个不断变化的系数，它随着区间上的交通区间影响系数是一个不断变化的系数，它随着区间上的交通状态的实时变化而实时变化，可由下式模型化：状态的实时变化而实时变化，可由下式模型化：流入交通的目的地选择率（实测值或根据实测值推测得出流入交通的目的地选择率（实测值或根据实测值推测得出选择路径选择路径h的比例的比例区间通过率（根据交通状态的观测结果）区间通过率（根据交通状态的观测结果）区间通过率区间通过率 的求法的求法区间通过率的求得要考虑城市快速路网的物理形区间通过率的求得要考虑城市快速路网的物理形状和路网上交通流的状态。状和路网上交通流的状态。图图6-5区间通过率区间通过率 的求法示意图的求法示意图 根据构造模型基本假定，设相邻两时间段起流入车辆队首之根据构造模型基本假定，设相邻两时间段起流入车辆队首之间的分布为均匀分布，在上图所示的情况下，区间通过率为：间的分布为均匀分布，在上图所示的情况下，区间通过率为：表示时间，其中 可由下式求得当实际流入交通的轨迹与上图有较大差别时，如流入交通的队当实际流入交通的轨迹与上图有较大差别时，如流入交通的队首轨迹线相距较远或较近时，则不能用上式求解，但可以利用首轨迹线相距较远或较近时，则不能用上式求解，但可以利用流入交通的队首行驶轨迹图，根据各区间交通流守恒原理，用流入交通的队首行驶轨迹图，根据各区间交通流守恒原理，用图解法求得图解法求得路径选择率模型路径选择率模型当路网上的当路网上的OD对之间存在着多个可利用的路径时，对之间存在着多个可利用的路径时，就要考虑驾驶员的路径选择行为，给出路径选择率，就要考虑驾驶员的路径选择行为，给出路径选择率，进一步计算区间影响系数进一步计算区间影响系数城市快速路的使用者大部分是上下班族和业务出行城市快速路的使用者大部分是上下班族和业务出行者，因此可以认为认为影响驾驶员路径选择的因素者，因此可以认为认为影响驾驶员路径选择的因素主要是到达目的地所用时间主要是到达目的地所用时间 给出驾驶员路径选择行为和结果模型化的方法和模型：选给出驾驶员路径选择行为和结果模型化的方法和模型：选择路径的比例可以用集中型择路径的比例可以用集中型Logit模型来预测模型来预测时间段内进口匝道和出口匝道之间的路时间段内进口匝道和出口匝道之间的路径所包含的各个区间的行驶时间之和径所包含的各个区间的行驶时间之和改变上式中的，可以得到利用路径被均等地选择的情况改变上式中的，可以得到利用路径被均等地选择的情况到行驶时间最短路径被集中选择的所有情形。到行驶时间最短路径被集中选择的所有情形。该模型是基于静态交通分配的时间比原则而构建的，也可该模型是基于静态交通分配的时间比原则而构建的，也可以说是考虑了道路使用者的交通信息的不完全性以及路径以说是考虑了道路使用者的交通信息的不完全性以及路径选择意识决定的多样性模型。选择意识决定的多样性模型。2、进出口匝道交通流仿真模型、进出口匝道交通流仿真模型1 1）进口匝道车辆排队仿真模型）进口匝道车辆排队仿真模型假设时间段假设时间段s初始时，进口匝道的排队车辆数为初始时，进口匝道的排队车辆数为 ，在时间段，在时间段s内到达进内到达进口车辆数为，则进口匝道车辆排队仿真模型为口车辆数为，则进口匝道车辆排队仿真模型为 ：2 2）出口匝道车俩排队仿真模型）出口匝道车俩排队仿真模型假设时间段假设时间段s内出口匝道内出口匝道j的流出交通需求量为的流出交通需求量为 ，则有，则有:时间段时间段r内由进口匝道内由进口匝道i流入一个单位的交通量，在时流入一个单位的交通量，在时间段间段s内到达入口匝道的比例内到达入口匝道的比例若流出能力为若流出能力为 ，时间段，时间段s开始的出口匝道开始的出口匝道j内残内残留的排队车辆数为留的排队车辆数为 ，时间段，时间段s+1开始时出口匝开始时出口匝道道j内残留的排队车辆数为内残留的排队车辆数为 ，则出口匝道车，则出口匝道车辆排队仿真模型为：辆排队仿真模型为：上面的介绍是从理论的角度来介绍交通仿真的发上面的介绍是从理论的角度来介绍交通仿真的发展情况，下面比较具体的介绍一个交通仿真系统展情况，下面比较具体的介绍一个交通仿真系统的内部构造，借以说明交通仿真系统的基本构成的内部构造，借以说明交通仿真系统的基本构成与基本原理。北京工业大学开发的城市快速路微与基本原理。北京工业大学开发的城市快速路微观仿真系统观仿真系统(Expressway Simulation System，简称简称ESS)是针对于城市快速路的交通仿真系统。是针对于城市快速路的交通仿真系统。城市快速路微观仿真系统城市快速路微观仿真系统(ESS)功能介绍功能介绍该系统为用户提供可视化道路编辑环境，交通输入该系统为用户提供可视化道路编辑环境，交通输入环境。系统根据用户的需要进行仿真模拟运算，并环境。系统根据用户的需要进行仿真模拟运算，并提供道路沿线速度统计分析功能，动态演示功能，提供道路沿线速度统计分析功能，动态演示功能，方便用户对数据进行统计分析和直观检验。方便用户对数据进行统计分析和直观检验。城市快速路系统仿真根据基本路段、匝道、交织城市快速路系统仿真根据基本路段、匝道、交织区上车辆的运行特征，采用或改进已有的仿真模区上车辆的运行特征，采用或改进已有的仿真模型建立整体仿真系统，为考察、分析车辆在整个型建立整体仿真系统，为考察、分析车辆在整个系统巾的运行特点提供仿真手段。系统巾的运行特点提供仿真手段。整体框架与各个功能模块之间的关系整体框架与各个功能模块之间的关系用户界面用户界面道路模块道路模块人车单元模块人车单元模块知知 识识 库库仿真模块仿真模块结果模块结果模块ESS系统的总体结构系统的总体结构城市快速路微观城市快速路微观仿真系统仿真系统(ESS)模块模块道路模块道路模块人车单元模块人车单元模块仿真模块仿真模块知识库模块知识库模块效果模块效果模块道路模块道路模块ESS系统的道路模型从系统的道路模型从9个方面来描述一条城市快个方面来描述一条城市快速路，分别是横断面、平曲线、竖曲线、纵坡、速路，分别是横断面、平曲线、竖曲线、纵坡、紧急停车带、出入口匝道、车道关闭、限速标志紧急停车带、出入口匝道、车道关闭、限速标志和数据采集装置。其中前和数据采集装置。其中前6个属性类型是构成城市个属性类型是构成城市快速路的主体部分。快速路的主体部分。城市快速路中的交织区在城市快速路中的交织区在ESS系统中是以出入口系统中是以出入口匝道的组合来描述的。匝道的组合来描述的。ESS系统道路模块图系统道路模块图人一车单元模块描述的是驾驶员和车辆等动态对人一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。象的总体特征。人车单元模块人车单元模块根据不同的驾驶员和车辆的特征参数，按照知识库根据不同的驾驶员和车辆的特征参数，按照知识库中由层次分析法计算的各特征参数对基本期望速度中由层次分析法计算的各特征参数对基本期望速度的影响权重，按照基本期望速度划分人一车单元类的影响权重，按照基本期望速度划分人一车单元类型，计算各人一车单元的基本期望速度，最终与道型，计算各人一车单元的基本期望速度，最终与道路环境共同形成仿真基本框架。路环境共同形成仿真基本框架。人人-车单元模块示意图车单元模块示意图仿真模块是仿真模型中最核心的部分，包括产仿真模块是仿真模型中最核心的部分，包括产生人车单元的发车模型、约束驾驶行为规则生人车单元的发车模型、约束驾驶行为规则的跟驰、换车道模型、以及仿真的推进机制等的跟驰、换车道模型、以及仿真的推进机制等仿真模型中必需的组成部分。仿真模型中必需的组成部分。仿真模块仿真模块仿真模块结构示意图仿真模块结构示意图在在ESS系统中，知识库模块为道路模块、人车单元系统中，知识库模块为道路模块、人车单元模块和仿真模块服务，分别描述道路模块对交通流模块和仿真模块服务，分别描述道路模块对交通流的影响、驾驶员和车辆对交通流的影响以及在交通的影响、驾驶员和车辆对交通流的影响以及在交通流内部各个仿真单体之间的相互作用。流内部各个仿真单体之间的相互作用。知识库模块知识库模块结果模块结果模块结果模块主要提供动态演示和数字统计。其中动态结果模块主要提供动态演示和数字统计。其中动态演示是以计算机动画的方式来直观地演示交通流的演示是以计算机动画的方式来直观地演示交通流的运行情况；数字统计则是通过仿真模型提供的试验运行情况；数字统计则是通过仿真模型提供的试验设施采集得到仿真交通流的特征参数，用以对仿真设施采集得到仿真交通流的特征参数，用以对仿真结果做出评价。结果做出评价。