道路交通仿真模型与方法概要.pptx

1第六章第六章 道路交通仿真道路交通仿真北京交通大学交通运输学院北京交通大学交通运输学院丁勇丁勇2引言引言交交通通仿仿真真是是研研究究运运用用现现代代计计算算机机技技术术再再现现实实际际交交通通系系统统的的特特性性、分分析析交交通通系系统统在在各各种种设设定定条条件件下下的的可可能能行行为为以以寻寻求求现现实实交交通通问问题题最最优优解解的的一一种种手手段段，也也是是评评价价运输设施各类运用设计方案效果的有效方法。运输设施各类运用设计方案效果的有效方法。美美国国是是仿仿真真技技术术及及系系统统发发展展最最快快、应应用用最最广广泛泛的的国国家家。19671967年年，美美国国成成立立了了计计算算机机仿仿真真学学会会(Society(Society for for Computer Computer Simulation)Simulation)，推推动动了了仿仿真真技技术术在在美美国国的的发发展和应用。展和应用。仿仿真真追追求求的的两两大大目目标标是是大大型型网网络络与与巨巨量量交交通通流流量量，要要在在道道路路网网络络内内建建立立能能够够兼兼顾顾宏宏观观与与微微观观模模型型优优点点的的交交通流动态运行模型。通流动态运行模型。3对对交交通通系系统统的的仿仿真真研研究究可可以以分分为为三三个个层层次次：宏宏观观仿仿真真、中观仿真与微观仿真中观仿真与微观仿真。宏宏观观仿仿真真着着重重从从全全局局角角度度来来研研究究系系统统特特性性。宏宏观观仿仿真真模模型型中中，交交通通流流被被视视为为一一个个可可压压缩缩的的媒媒体体或或流流体体，交交通通流流的的运运动动按按照照流流体体机机制制来来处处理理。宏宏观观仿仿真真通通过过流流量量-密密度度关关系系来来控控制制交交通通流流的的运运行行，模模型型中中不不追追踪踪单单个个车车辆的移动。辆的移动。微微观观仿仿真真模模型型以以跟跟车车模模型型为为基基础础，追追踪踪每每个个车车辆辆的的移移动动过过程程。在在微微观观模模型型中中，车车辆辆的的移移动动由由驾驾驶驶员员的的特特性性、车辆性能、车辆周围的环境和道路几何条件来决定。车辆性能、车辆周围的环境和道路几何条件来决定。微微观观模模型型包包括括三三个个重重要要方方面面：车车辆辆移移动动基基本本规规则则(跟跟车车模型与换道模型模型与换道模型)、服务优先规则和信号约束规则。、服务优先规则和信号约束规则。4国外道路交通仿真系统国外道路交通仿真系统 20世世纪纪60年年代代以以来来，国国外外交交通通仿仿真真系系统统得得到到了了较较大大发发展展。目目前前，公公开开发发表表的的道道路路交交通通仿仿真真软软件件已已有近百个，有一定应用的软件系统也有数十个。有近百个，有一定应用的软件系统也有数十个。交交通通仿仿真真软软件件的的新新用用途途是是为为智智能能交交通通系系统统(ITS)提提供供论论证证手手段段。ITS应应用用的的一一个个重重要要特特点点是是要要考考察察整整个个网网络络的的全全局局效效果果，近近年年来来，针针对对ITS开开发发的的软软件件主主要要有有DYNASMART、VISSIM、INTEGRATION、MITSIM、THOREAU、TRANSIMS、WATSIM与与PLANSIM-T。5交通仿真系统的用户群分类 基础设施的运营者与决策者基础设施的运营者与决策者 地方、公路交通部门当局地方、公路交通部门当局(政府政府)私人停车经营者私人停车经营者 公交经营者公交经营者 车辆控制车辆控制 驾驶员与乘客驾驶员与乘客 各类货物运输者与货主各类货物运输者与货主 设计与咨询机构设计与咨询机构6通用交通仿真软件通用交通仿真软件 要要在在参参考考前前人人文文献献和和研研究究现现有有模模型型的的基基础础上上，确确定定系系统统的的总总体体设设计计思思想想和和要要达达到到的的主主要要目目标标;需需要要开开发发具具有有个个性性的的模模型型，以以实实现现新新的的功功能能或或纠正已有模型的缺陷纠正已有模型的缺陷;要要对对模模型型所所用用的的参参数数进进行行校校验验和和调调整整，得得到到符符合应用地区的模型和参数。合应用地区的模型和参数。7研究型和商业型交通仿真软件的区别研究型和商业型交通仿真软件的区别研研究究型型的的软软件件主主要要是是给给开开发发者者自自己己用用的的，而而商商业业型型的的软软件件是是给给用用户户用用的的，两两者者的的区区别别并并不不在在于于是是否市场上有得卖。否市场上有得卖。研研究究型型的的软软件件强强调调的的是是想想法法和和模模型型的的创创新新，而而不不是软件的用户界面和使用价值。是软件的用户界面和使用价值。商商业业软软件件的的基基本本要要求求是是：包包罗罗最最新新交交通通仿仿真真模模型型，研研究究证证明明了了的的先先进进功功能能和和竞竞争争产产品品所所具具有有的的主主要要功功能能；能能够够切切实实为为交交通通规规划划和和交交通通工工程程人人员员提提供供一一个个解解决决实实际际问问题题的的仿仿真真工工具具；提提供供适适用用的的用用户户界界面面和和数数据据接接口口，方方便便大大多多数数用用户户以以较较低低成成本本把把仿真模型作为他们的一种分析工具。仿真模型作为他们的一种分析工具。8软件名称软件名称开发单位开发单位国家国家AIMSUN2卡特伦亚理工大学卡特伦亚理工大学西班牙西班牙ANATOLL设备技术研究中心设备技术研究中心法国法国AUTOBAHN奔弛咨询公司奔弛咨询公司德国德国CASIMIR国家交通研究所国家交通研究所法国法国CORSIM联邦公路局联邦公路局美国美国DRACULA利兹大学交通研究所利兹大学交通研究所英国英国DYNEMODeutsche Automobilgesellschaft mbH德国德国FRESIM联邦公路局联邦公路局美国美国HUTSIM赫尔辛基理工大学赫尔辛基理工大学芬兰芬兰INTEGRATION皇后大学交通教研室皇后大学交通教研室加拿大加拿大MICROSIM科隆大学并行计算中心科隆大学并行计算中心德国德国MITSIM麻省理工学院麻省理工学院美国美国PARAMICS爱丁堡并行计算中心与卡斯通有限公司爱丁堡并行计算中心与卡斯通有限公司英国英国SUTURN利兹大学交通研究所利兹大学交通研究所英国英国TRANSIMS罗阿拉莫斯国家实验室罗阿拉莫斯国家实验室美国美国TRIPSMVA公司公司英国英国VISSIMPTV系统软件与咨询公司系统软件与咨询公司德国德国9 微观交通仿真软件的适用范围微观交通仿真软件的适用范围城市交通城市交通高速公路高速公路二者兼有二者兼有其他其他CASIMIRAUTOBAHNAIMSUN2ANATOLLDRACULAFREEVUCORSIMPHAROSHUTSIMFRESIMFLEXSYT IISHIVAMICSTRANMIXICINTEGRATIONSIMDACNETSIMSISTMMELROSEPADSIMMICROSIMSIGSIMMITSIMSIMNETPARAMICSSITRA-B+PLANSIM-TSITRASTRANSIMSTHOREAUVISSIMNEMIS10Single Road(SR)Regional(R)Corridor(CO)Project Board(PB)Intersection(I)City(CI)State Wide(SW)111213141516应用规模应用规模大大部部分分软软件件可可在在PC机机或或UNIX系系统统上上运运行行。有有个个别别在在VAX 和和RE6000机以及机以及SUN机上运行。机上运行。微观仿真模型应用规模取决于计算机性能。微观仿真模型应用规模取决于计算机性能。小规模：小规模：20km,50个节点，个节点，1000辆车；辆车；大规模：大规模：200以上节点，以上节点，数千辆车；数千辆车；MICROSIM、PLANSIM-T与与 PARAMICS可可 以以 模模 拟拟3000个节点、个节点、100万辆车万辆车(需用到并行计算机需用到并行计算机)。计计算算速速度度取取决决于于路路网网大大小小和和计计算算机机性性能能。一一般般来来说说仿仿真真软软件件的的运运行行速速度度为为实实际际时时间间的的15倍倍。更更快快一一些些可可达到达到1520倍，但也有慢于实际时间的。倍，但也有慢于实际时间的。17 微观仿真软件能够描述的微观仿真软件能够描述的交通现象交通现象交通现象交通现象描述方法描述方法可仿真模型可仿真模型*排队排队通过可利用空间约束、跟车及换道刻画；通过可利用空间约束、跟车及换道刻画；87%路傍停车路傍停车通过特定节点、路段上车辆的状态来刻画；通过特定节点、路段上车辆的状态来刻画；35%交织运行交织运行通过强制换道、特定换道模型、决策规则、换道逻辑等刻画；通过强制换道、特定换道模型、决策规则、换道逻辑等刻画；77%行人约束行人约束主要通过冲突区及其相互作用来判断；主要通过冲突区及其相互作用来判断；26%突发事件突发事件通过对道路上非期望事件出现的判断来描述通过对道路上非期望事件出现的判断来描述65%天气条件天气条件通过车辆速度通过车辆速度-加速度行为刻画；加速度行为刻画；26%车辆类别车辆类别通过车辆尺寸、重量、优先级等刻画；通过车辆尺寸、重量、优先级等刻画；61%发动机模型发动机模型通过机械方法或加速率的改变来刻画；通过机械方法或加速率的改变来刻画；19%环岛环岛通过车道分段、让行、交织区等刻画。通过车道分段、让行、交织区等刻画。58%停车场搜索停车场搜索通过固定地点通过固定地点/区域停车场状态扫描来刻画；区域停车场状态扫描来刻画；13%公共交通公共交通通过固定某类车辆行驶线路来刻画；通过固定某类车辆行驶线路来刻画；52%自行车自行车/摩托车摩托车通过自行车及其对机动车的影响来评价；通过自行车及其对机动车的影响来评价；10%交通镇静措施交通镇静措施通过限制行驶速度、让行、可变信息标志、线路引导标志刻画。通过限制行驶速度、让行、可变信息标志、线路引导标志刻画。42%18微观仿真软件能描述的微观仿真软件能描述的交通控制和管理方式交通控制和管理方式固固定定信信号号控控制制、自自适适应应控控制制、匝匝道道汇汇入入控控制制、静静态态路路径径诱诱导导、动动态态路路线线诱诱导导、事事故故处处理理、公公交交车车优优先先控控制制、可可变变标标志志控控制制、收收费费口口、自自动动道道路路系系统统、无无人人驾驾驶驶车车辆辆、停车地诱导等。停车地诱导等。19微观交通仿真系统的功能要求（微观交通仿真系统的功能要求（1）建立和处理不同形式的路网，清晰地表现路网的建立和处理不同形式的路网，清晰地表现路网的几何形状，包括交通设施；几何形状，包括交通设施；产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速度等，获得交通流各种统计数据；度等，获得交通流各种统计数据；处理车辆在路网上的运行情况，准确反映出车辆处理车辆在路网上的运行情况，准确反映出车辆间的相互作用；间的相互作用；处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点；处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点；跟踪路网内行使的任一辆车，真实地模拟交通控跟踪路网内行使的任一辆车，真实地模拟交通控制策略。制策略。20微观交通仿真系统的功能要求（微观交通仿真系统的功能要求（2）模拟先进的交通管理策略；模拟先进的交通管理策略；提供与提供与 外部应用程序交互的接口；外部应用程序交互的接口；模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通中心模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通中心的信息交换；的信息交换；应用与一般的路网，包括城市道路和城市间的高应用与一般的路网，包括城市道路和城市间的高速公路；速公路；仿真路网交通流的状况；仿真路网交通流的状况；模拟公共交通；模拟公共交通；提供结果分析的工具和图形化的交互界面。提供结果分析的工具和图形化的交互界面。21 交通仿真的目标是评价交通管理计划的行为效交通仿真的目标是评价交通管理计划的行为效果。交通研究的效果包括果。交通研究的效果包括5个方面：个方面：一是与出行效率相关的方面，如出行的速度、一是与出行效率相关的方面，如出行的速度、时间等；时间等；二是与交通安全相关的方面，包括车头时距、二是与交通安全相关的方面，包括车头时距、事故等；事故等；三是与交通环境相关的方面，如各种污染物的三是与交通环境相关的方面，如各种污染物的排放及振动的产生等；排放及振动的产生等；四是与旅客舒适相关的方面，如停站次数，密四是与旅客舒适相关的方面，如停站次数，密度，拥挤水平等；紧张、舒适性等；度，拥挤水平等；紧张、舒适性等；五是交通出行的技术性能指标，如费用与燃料五是交通出行的技术性能指标，如费用与燃料消耗。消耗。22仿真评价指标仿真评价指标目标目标指标指标提供率提供率效率效率速度速度87%出行时间出行时间87%拥挤拥挤71%出行时间变化率出行时间变化率68%排队长度排队长度65%公交管制公交管制26%方式选择方式选择16%安全安全车头时距车头时距42%超车超车26%事故数量事故数量16%事故事故/速度严重性速度严重性16%离碰撞时的时间间隔离碰撞时的时间间隔16%行人作用行人作用16%23目标目标指标指标提供率提供率环境环境排放物排放物52%路傍污染水平路傍污染水平16%噪声噪声13%舒适舒适物理舒适性物理舒适性3%紧张性紧张性0%技术技术燃料消耗燃料消耗48%性能性能车辆运营费用车辆运营费用6%仿真评价指标仿真评价指标(续续)24软件的输入输出界面软件的输入输出界面 描描述述诸诸如如节节点点、路路段段、交交通通信信号号、路路径径、车车辆辆到到达达率率等等。但但也也有有少少数数几几个个软软件件提提供供了了路路网网拓拓扑扑结结构构和和几几何何数数据据的的图图形形输输入入界界面面。大大部部分分软软件件具具有有动动画画演演示示输输出出功功能能，但但也也有有少少数数模模型型只只提提供供数数据据库格式的输出形式。库格式的输出形式。基本的仿真技术基本的仿真技术 几几乎乎所所有有的的仿仿真真软软件件均均采采用用面面向向对对象象的的编编程程技技术术绝绝大大部部分分采采用用了了时时间间扫扫描描的的描描述述方方式式且且多多为为微观仿真。微观仿真。254交通仿真系统的结构交通仿真系统的结构以微观交通仿真系统为例，其结构一般包以微观交通仿真系统为例，其结构一般包括括3个主要模块：个主要模块：一是道路网络描述模块，包括交叉口，路一是道路网络描述模块，包括交叉口，路段，小区等；段，小区等；二是车路间的信息通信模块，涉及交通流二是车路间的信息通信模块，涉及交通流诱导等问题；诱导等问题；三是车辆动态运行模块。三是车辆动态运行模块。2627仿真系统的输出指标仿真系统的输出指标网络上车辆行驶的信息网络上车辆行驶的信息 如总旅行时间，旅行距离，平均速度；如总旅行时间，旅行距离，平均速度；经过的交通检测设备经过的交通检测设备 如记数器，速度，车道占有情况，点到点时间，如记数器，速度，车道占有情况，点到点时间，车辆类型，突发事件信息等；车辆类型，突发事件信息等；路段交通数据路段交通数据 包括路段交通密度，路段平均包括路段交通密度，路段平均速度，旅行时间等；速度，旅行时间等；仿真运行中的警告及错误信息；仿真运行中的警告及错误信息；环境排放与燃料消耗数据；环境排放与燃料消耗数据；车辆运行与路段交通数据的图形显示。车辆运行与路段交通数据的图形显示。28我国交通仿真系统研究的技术关键建模过程中的技术关键建模过程中的技术关键我国道路交通运行环境与发达国家不同，主要特点有：我国道路交通运行环境与发达国家不同，主要特点有：(1)(1)混混合合交交通通流流环环境境 不不同同类类型型，尤尤其其是是较较大大比比例例的的非非机机动动车车流流与与机机动动车车的的混混行行使使得得车车辆辆跟跟弛弛模模型型与与换换道道模模型型发发生重大变化。生重大变化。(2)(2)行行驶驶行行为为不不规规范范 过过多多的的交交通通不不畅畅使使得得交交通通标标志志和和道道路路行行驶驶的的规规则则对对驾驾驶驶员员和和行行人人、自自行行车车者者的的约约束束大大打打折折扣，这对描述这些行为造成了很大困难。扣，这对描述这些行为造成了很大困难。(3)(3)车车辆辆特特性性差差异异大大 我我国国道道路路上上行行驶驶车车辆辆种种类类繁繁多多，性性能差异很大。性能较差的车辆增加了道路突发事件概率。能差异很大。性能较差的车辆增加了道路突发事件概率。29要解决要解决的的技术关键技术关键 (1)(1)建建立立非非机机动动车车与与机机动动车车之之间间的的影影响响模模型型，包包括括在在交交叉叉口口、有有隔隔离离路路段段及及无无隔隔离离路路段段的的相相互互作作用用模型；模型；(2)(2)研研究究我我国国国国情情下下道道路路交交通通管管理理计计划划的的计计算算机机描描述述模模型型，重重点点是是城城市市道道路路交交叉叉口口信信号号配配时时对对机机动动车与非机动车行驶的描述；车与非机动车行驶的描述；(3)(3)研研究究我我国国城城市市道道路路网网络络构构造造模模型型，重重点点是是对对不不同同类类型型立立交交、路路面面状状况况及及支支线线街街道道及及车车辆辆行行驶驶特特点的定义；点的定义；(4)(4)行人行为行人行为及其对道路交通流运行的及其对道路交通流运行的影响模型影响模型。30技术关键（5）合作与联系）合作与联系 现现在在，从从事事交交通通仿仿真真研研究究的的单单位位都都是是从从自自身身情情况况出出发发来来开开展展工工作作，缺缺乏乏全全国国性性的的统统一一协协作作，易易造造成成重重复复性性的的研研究究，从从而而导导致致有有限限资资金金的的浪浪费；费；（6）信息技术）信息技术 已已有有的的仿仿真真软软件件与与模模型型都都是是局局限限于于交交通通环环境境自自身身而而言言的的，没没有有真真正正与与GPS和和GIS等等与与信信息息技技术相关的信息系统联系起来进行仿真研究。术相关的信息系统联系起来进行仿真研究。31仿真过程实施中涉及的主要技术关键仿真过程实施中涉及的主要技术关键 硬硬件件与与软软件件环环境境 仿仿真真的的网网络络规规模模及及交交通通实实体体数数量一般受计算机软、硬件制约的。量一般受计算机软、硬件制约的。计计算算经经验验 微微观观仿仿真真中中，跟跟车车与与换换道道模模型型需需要要的的步长一般为步长一般为1到到0.1秒。秒。用用户户界界面面 用用户户图图形形界界面面可可显显示示的的信信息息包包括括网网络络、检测器、车辆移动的发生等。检测器、车辆移动的发生等。与与支支持持模模块块的的通通信信 一一般般需需要要一一个个总总控控模模块块来来协协调各模块之间的数据交流。调各模块之间的数据交流。总总控控模模块块 主主要要功功能能是是对对各各模模块块进进行行协协调调和和实实施施，模模块块间间的的信信息息交交换换需需要要通通过过处处理理器器之之间间的的通通信信来来完成。完成。3233国外交通仿真模型和系统难以在我国得到推国外交通仿真模型和系统难以在我国得到推广的主要障碍：广的主要障碍：模模型型参参数数问问题题，多多数数国国外外模模型型中中的的参参数数不不太太适适合合有大量非机动车存在时的我国交通环境；有大量非机动车存在时的我国交通环境；国国外外产产品品没没有有汉汉化化，外外文文界界面面及及技技术术手手册册使使得得它它们难以在工程技术界得到推广；们难以在工程技术界得到推广；软软件件的的价价格格问问题题，国国内内交交通通企企业业对对软软件件的的认认识识还还没没有有达达到到发发达达国国家家的的水水平平，真真正正的的软软件件市市场场尚尚未未形成。形成。34仿真模型仿仿真真模模型型开开发发的的要要点点是是了了解解有有哪哪些些方方法法/技术技术可以用于建模。可以用于建模。必须要明确建模必须要明确建模目的目的和评价和评价手段手段。35交通仿真模型的10个主要领域 道路物流与一般管理道路物流与一般管理 需求管理需求管理 交通管理交通管理 停车管理停车管理 公交管理公交管理 交通信息交通信息 出行管理出行管理 货运与乘务组管理货运与乘务组管理 车辆控制车辆控制 内部服务系统内部服务系统36既有微观交通模型既有微观交通模型模型模型研制者研制者国家国家AIMSUN2卡特伦亚理工大学卡特伦亚理工大学西班牙西班牙ANATOLL设备技术研究中心设备技术研究中心法国法国AUTOBAHN奔弛咨询公司奔弛咨询公司德国德国CASIMIR国家交通研究所国家交通研究所法国法国CORSIM联邦公路局联邦公路局美国美国DRACULA利兹大学交通研究所利兹大学交通研究所英国英国FLEXSYT II运输部运输部荷兰荷兰37既有微观交通模型既有微观交通模型(续续1)模型模型研制者研制者国家国家FREEVU华铁卢大学土木系华铁卢大学土木系加拿大加拿大FRESIM联邦公路局联邦公路局美国美国HUTSIM赫尔辛基理工大学赫尔辛基理工大学芬兰芬兰INTEGRATION皇后大学交通教研室皇后大学交通教研室加拿大加拿大MELROSE三铃电气公司三铃电气公司日本日本MICROSIM科隆大学并行计算中心科隆大学并行计算中心德国德国MICSTRAN国家警察科学研究所国家警察科学研究所日本日本38模型模型研制者研制者国家国家MITSIM麻省理工学院麻省理工学院美国美国MIXIC荷兰应用科学研究组织荷兰应用科学研究组织荷兰荷兰NEMIS都灵自动化研究所都灵自动化研究所意大利意大利PADSIM诺汀汉诺汀汉-特伦特大学特伦特大学英国英国PARAMICS爱丁堡并行计算中心与卡斯爱丁堡并行计算中心与卡斯通有限公司通有限公司英国英国PHAROS模拟与培训研究所模拟与培训研究所美国美国PLANSIM-T科隆大学并行计算中心科隆大学并行计算中心德国德国既有微观交通模型既有微观交通模型(续续2)39模型模型研制者研制者国家国家SHIVACMU机器人研究所机器人研究所美国美国SIGSIM纽尔卡斯大学纽尔卡斯大学英国英国SIMDACToulouse研究中心研究中心法国法国SIMNET柏林技术大学柏林技术大学德国德国SISTM运输实验室运输实验室(TRL)英国英国SITRAS新南威尔士大学土木系新南威尔士大学土木系澳大利亚澳大利亚SITRA-B+Toulouse研究中心研究中心法国法国既有微观交通模型既有微观交通模型(续续3)40模型模型研制者研制者国家国家TRANSIMS罗阿拉莫斯国家实验室罗阿拉莫斯国家实验室美国美国THOREAUMITRE公司公司美国美国TRAF-NETSIM联邦公路局联邦公路局美国美国VISSIMPTV系统软件与咨询公司系统软件与咨询公司德国德国既有微观交通模型既有微观交通模型(续续4)CORSIM是由是由TRAF-NETSIM(城市交通城市交通)与与FRESIM(高速公路高速公路)的合并。的合并。41输入与输出输入与输出输输出出：(1)任任何何时时刻刻路路网网各各处处的的车车辆辆密密度度分分布布。通通行行路路线线。(2)任任何何观观测测点点的的车车流流量量分分布布形形态态。(3)出行车辆到达目的地所需的时间及其分布。出行车辆到达目的地所需的时间及其分布。例例如如，交交通通预预测测函函数数以以OD估估计计为为输输入入，提提供供预预测测的的交交通通量量作作为为输输出出。图图形形信信息息可可以以作作为为交交通模型的输入。通模型的输入。42关于交通现象的描述方法关于交通现象的描述方法天气：通过速度天气：通过速度-加速度行为刻画；加速度行为刻画；停顿车辆：通过特定节点、路段和车辆状态刻画；停顿车辆：通过特定节点、路段和车辆状态刻画；发动机模型：通过机械方法或加速率的改变来刻画；发动机模型：通过机械方法或加速率的改变来刻画；车型：通过车辆尺寸、重量、优先级等刻画；车型：通过车辆尺寸、重量、优先级等刻画；行人：主要通过转向区及其相互作用来判断；行人：主要通过转向区及其相互作用来判断；公交：通过固定车辆行驶线路来刻画；公交：通过固定车辆行驶线路来刻画；交通镇静措施：通过限制行驶速度、让行、可变信息标志、交通镇静措施：通过限制行驶速度、让行、可变信息标志、线路引导标志刻画；线路引导标志刻画；排队：通过可利用空间约束、跟车及换道刻画；排队：通过可利用空间约束、跟车及换道刻画；交织：通过强制换道、特定换道模型、决策规则、换道逻交织：通过强制换道、特定换道模型、决策规则、换道逻辑等刻画；辑等刻画；环岛：通过车道分段、让行、交织区等刻画。环岛：通过车道分段、让行、交织区等刻画。43微观仿真模型的基本要素微观仿真模型的基本要素道路条件道路条件 包括：几何参数、路面状况、交通标志、交通信号等。包括：几何参数、路面状况、交通标志、交通信号等。车辆到达车辆到达车辆特征车辆特征 车辆动力性能车辆动力性能(最高车速和加减速能力最高车速和加减速能力)、车辆类型特征、车辆类型特征车辆间的相互作用车辆间的相互作用 人人车单元运动运动只受车辆、道路条件和外部因素影响；车单元运动运动只受车辆、道路条件和外部因素影响；除上述影响因素，还有其他人除上述影响因素，还有其他人车单元影响。车单元影响。车辆间的相互作用车辆间的相互作用 驾驶员对来自其他车辆的干扰一般通过调整车速来体现的，驾驶员对来自其他车辆的干扰一般通过调整车速来体现的，当条件允许，转换车道或超车。当条件允许，转换车道或超车。44车辆行驶模型车辆行驶模型车辆的生成车辆的生成车辆状态的确定车辆状态的确定车辆的自由行使车辆的自由行使车辆的跟驰行驶车辆的跟驰行驶车辆的超车车辆的超车车道变换车道变换车辆停车车辆停车45典型的交通仿真模型典型的交通仿真模型微观仿真中的交通模型微观仿真中的交通模型道路微观仿真用到的模型主要有三个系列道路微观仿真用到的模型主要有三个系列:1 1 跟车跟车模型模型 2 2 换道换道模型模型 3 3 信号响应逻辑信号响应逻辑模型模型多多数数软软件件中中采采用用的的跟跟车车模模型型以以HermanHerman等等人人提提出出的的模模型型为为基基础础，主主要要原原则则是是根根据据后后车车与与前前车车的关系计算确定后车的的关系计算确定后车的加加/减速度减速度。4647车辆跟驰特性分析车辆跟驰特性分析制约性制约性 车速条件；间距条件。车速条件；间距条件。延迟性延迟性 驾驶员对于前车状态改变有一个反应过程，包括：感觉驾驶员对于前车状态改变有一个反应过程，包括：感觉 阶段、认识阶段、判断阶段、执行阶段。阶段、认识阶段、判断阶段、执行阶段。传递性传递性 具有延迟性的向后传递的信息不是平滑连续的，而是象脉具有延迟性的向后传递的信息不是平滑连续的，而是象脉冲一样间断连续的。冲一样间断连续的。48跟车模型跟车模型 跟跟车车模模型型以以车车头头时时距距和和前前后后车车的的相相对对速速度度为基础，一般可以分为三种模式：为基础，一般可以分为三种模式：自由流模式自由流模式跟车模式跟车模式紧急减速模式紧急减速模式49车辆跟驶模型分类车辆跟驶模型分类刺激刺激反应模型反应模型安全距离模型安全距离模型生理生理心理模型心理模型模糊推理模型模糊推理模型元胞自动机模型元胞自动机模型50同一车道车辆相对运动过程示意图同一车道车辆相对运动过程示意图51 线性跟驰模型线性跟驰模型刺刺激激反反应应方方程程的的一一种种形形式式。反反应应：驾驾驶驶员员对对他他前前面运行车辆的反作用。面运行车辆的反作用。反应反应(t+T)=灵敏度灵敏度刺激刺激(t)车车辆辆跟跟驰驰：交交通通规规则则限限制制或或者者邻邻近近车车道道交交通通量量大大驾驶员无法超车驾驶员无法超车 跟着前头车辆行驶。跟着前头车辆行驶。52驾驶员分类特征驾驶员分类特征驾驾驶驶员员的的反反应应过过程程包包括括4个个阶阶段段：感感觉觉阶阶段段、认认识识阶阶段段、判判断断阶阶段段、执执行行阶阶段段这这4个个阶阶段段所所需需要要的的时时间间称称为为反反应应时时间间例例如如驾驾驶驶员员的的制制动动反反应应时时间间，它它包包括括接接受受刺刺激激后后大大脑脑的的反反射射时时间间，脚脚从从加加速速踏踏板板移移到到制制动动踏踏板板的的更更换换时时间间，踩踩下下制制动动踏踏板板到到制制动动器器起起作作用用的的制制动传递延误时间，三者总和为制动反应时间动传递延误时间，三者总和为制动反应时间美美国国各各州州公公路路工工作作者者协协会会建建议议，对对所所有有车车速速在在确确定定安安全全停停车车距距离离时时，反反应应时时间间用用2.5s，在在确确定定交交叉叉口口视视距距时用时用2.0s一般总的反应时间在一般总的反应时间在0.52.2 S之间之间反反应应速速度度的的快快慢慢与与驾驾驶驶员员对对行行车车环环境境的的熟熟悉悉程程度度、驾驾驶经历、驾驶员的年龄、性别、气质等有关。驶经历、驾驶员的年龄、性别、气质等有关。53车辆的跟驰位置位置图车辆的跟驰位置位置图假设：假设：路上有多辆车路上有多辆车列队行驶列队行驶，并且，并且禁止超车禁止超车。前方车辆前方车辆:行驶速度发生变化行驶速度发生变化跟随车辆跟随车辆:驾驶员调整自己车辆的速度，保持安全行驾驶员调整自己车辆的速度，保持安全行车距离。车距离。A.Reuschel和和L.A.Pipes方程式方程式:基准点基准点：t时刻车辆时刻车辆n的位置的位置54式中，式中，：车辆距基准点的距离；：车辆距基准点的距离；：车辆的速度；：车辆的速度；：车辆的加速度；：车辆的加速度；：常数：常数,反应强度。反应强度。跟驰车辆的加速度与其与相邻前方车辆的速度跟驰车辆的加速度与其与相邻前方车辆的速度差成正比。差成正比。(1)55上上述述 模模 型型，采采用用简简单单的的刺刺激激一一反反应应特特性性过过于于简简单单，难难以以反反映映驾驾驶驶员员在在行行车车过过程程中中其其感感知知、反反应应、判判断断等等心心理理、生生理理行行为为特特性性及及其其过过程程的的复复杂杂性性，并并且且存存在在如如下下一一些些缺陷缺陷:前前车车的的刺刺激激与与后后车车的的反反应应是是一一一一对对应应的的关关系系。而而现现实实的的跟跟车车行行为为是是随随交交通通条条件件和和流流量量条条件件的的变变化化而而变变化的。化的。后后车车能能以以确确定定性性的的方方式式对对与与前前车车的的相相对对速速度度的的微微小小变变化化作作出出反反应应，且且后后车车对对正正负负相相对对速速度度的的敏敏感感程程度度相相同同，即即相相同同的的相相对对速速度度(绝绝对对值值)下下，后后车车的的加加减减速速度度(绝绝对对值值)相相同同。而而实实际际观观测测表表明明当当两两车车的的距距离离增加或减小时，驾驶员的反应不相同。增加或减小时，驾驶员的反应不相同。前前后后两两车车的的车车速速相相同同时时，允允许许两两车车的的车车头头间间距距无无限限减少直至为零等。减少直至为零等。56安全距离模型安全距离模型 安安全全距距离离模模型型也也称称防防撞撞模模型型，该该模模型型最最基基本本的的关关系系是是寻寻找找一一个个特特定定的的跟跟车车距距离离（通通过过经经典典牛牛顿顿定定律推导出）。律推导出）。大大多多数数情情况况只只需需知知道道驾驾驶驶员员降降采采用用的的最最大大制制动动减减速度，就能满足模型的需要。速度，就能满足模型的需要。与与实实际际情情况况存存在在着着差差距距，进进行行能能力力分分析析时时很很难难与与实际最大交通量吻合。实际最大交通量吻合。57生理心理模型生理心理模型 也也称称反反应应点点模模型型（AP模模型型），这这类类模模型型用用一一系系列列阈阈值值和和期期望望距距离离体体现现人人的的感感觉觉和和反反应应，这这些些界界限限值值划划定定了了不不同同的的值值域域，在在不不同同的的值值域域，后后车车与与前前车车存存在在着不同的影响关系。着不同的影响关系。司司机机通通过过分分析析视视野野中中前前车车尺尺寸寸的的变变化化，前前车车在在司司机机视视觉觉中中投投影影夹夹角角的的变变化化，感感知知前前后后车车相相对对速速度度的的变变化化，根根据据公公认认的的感感知知阈阈值值，判判断断是是否否正正在在与与前前车车接接近近，一一旦旦超超过过这这个个阈阈值值，司司机机将将选选择择减减速速，使使对对相相对对速速度度的的感感知知不不超超过过这这个个闽闽值值。是是否否能能够够感感知知到到前前车的变化是后车司机进行任何操作的基础。车的变化是后车司机进行任何操作的基础。生理心理模型是一种生理心理模型是一种跟驰决策模型跟驰决策模型。58车辆跟驰状态划分的三个阶段车辆跟驰状态划分的三个阶段两车的速度差低于速度感知阈值，驾驶员仅通过两车的速度差低于速度感知阈值，驾驶员仅通过对距离的感知来确定他是否处于逼近状态；对距离的感知来确定他是否处于逼近状态；速度差超过阈值，驾驶员降低车速，从而使视角速度差超过阈值，驾驶员降低车速，从而使视角变化率维持在阈值附近；变化率维持在阈值附近；驾驶员在一个确保车辆驾驶和速度控制的车头时驾驶员在一个确保车辆驾驶和速度控制的车头时距下，尽量降相对速度保持为零。距下，尽量降相对速度保持为零。59行为阈值模型行为阈值模型 生生理理心心理理模模型型的的一一种种类类型型，理理论论基基础础是是驾驾驶驶员员的生理心理行为。的生理心理行为。最深入、最符合实际驾驶行为的是最深入、最符合实际驾驶行为的是MISSION模型。模型。优优点点：充充分分考考虑虑了了驾驾驶驶员员的的心心理理、生生理理因因素素对对驾驾驶驶行行为为的的影影响响和和制制约约，建建模模方方法法上上最最接接近近实实际际情情况。况。缺缺点点：模模型型的的参参数数较较多多，子子模模型型之之间间的的相相互互关关系系比较复杂。各种阈值的调查观测比较困难。比较复杂。各种阈值的调查观测比较困难。60行为阈值模型理论基础行为阈值模型理论基础驾驶员的驾驶行为受驾驶员的心理、生理因素驾驶员的驾驶行为受驾驶员的心理、生理因素的共同制约，表现为：集体特征夹杂着个体行的共同制约，表现为：集体特征夹杂着个体行为而表现出随机性和复杂性。为而表现出随机性和复杂性。驾驶员对引导性车辆两种反应：适应性反应和驾驶员对引导性车辆两种反应：适应性反应和机会形反应。机会形反应。驾驶员对阻止性车辆的反应：预防性反应。驾驶员对阻止性车辆的反应：预防性反应。在保持车道行使的状态下，驾驶员只能是适应在保持车道行使的状态下，驾驶员只能是适应性反应；在变换车道的状态中，驾驶员可能是性反应；在变换车道的状态中，驾驶员可能是机会性反应，也可能是适应性反应。机会性反应，也可能是适应性反应。61模型表述模型表述MISSION模模型型中中根根据据车车流流状状况况及及阈阈值值界界限限分分为为三三个反应区：个反应区：有有意意识识反反应应（逼逼近近前前车车区区、制制动动避避祸祸区区、撞撞车车危险区）；危险区）；无意识反应区（跟车行驶区）；无意识反应区（跟车行驶区）；无无反反应应区区（反反应应上上限限、自自由由行行使使区区、脱脱离离前前车车区）；区）；62界限值的划分（界限值的划分（1）AX 静止车辆的期望距离，包括前车的车长和前、后车的静止车辆的期望距离，包括前车的车长和前、后车的期望距离。服从正态分布，分布依赖于驾驶员对安全期望距离。服从正态分布，分布依赖于驾驶员对安全的需求。的需求。ABX 在较小速度差下的最小期望跟驶距离，包括在较小速度差下的最小期望跟驶距离，包括AX和速度和速度依附项。也服从正态分布。实际交通中，这个距离与依附项。也服从正态分布。实际交通中，这个距离与速度不是完全成正比。速度不是完全成正比。63界限值的划分（界限值的划分（2）SDV（量纲为速度）（量纲为速度）距距离离较较大大时时速速度度差差的的界界限限值值。表表示示驾驾驶驶员员有有意意识识的的感感觉觉到到他他正正在在靠靠近近一一辆辆低低速速行行使使的的车车辆辆的的临临界界点点。驾驾驶驶员员减减速到前车的速度，并与前车保持速到前车的速度，并与前车保持ABX。SDX（量纲为距离）（量纲为距离）跟跟驶驶过过程程中中意意识识到到距距离离变变大大的的界界限限值值，说说明明驾驾驶驶员员有有意意识识地地感感觉觉自自己己正正在在脱脱离离跟跟驶驶状状态态而而离离前前车车越越来来越越远远。SDX1.52.5倍倍ABX变化。变化。64界限值的划分（界限值的划分（3）CLDV（量纲为速度）（量纲为速度）短短距距离离时时意意识识到到很很小小的的速速