城市干线交通流仿真研究及软件设计
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摘要
城市交通系统是一个随机的、复杂的大系统,难以在现实交通环境中对其进行反复的建模与控制研究,所以应用计算机技术进行交通仿真就成了一种很有效的技术手段。利用交通仿真,可以逼真地仿真交通流的各种交通现象,深入地分析各类交通特性,为有效地进行交通规划、交通组织与管理提供一个直观、高效、灵活的实验和测试平台。而且通过仿真的方法,可以实时再现城市局部的交通流现象,通过多次仿真运行优化其控制参数,为交通组织管理提供决策依据。因此,交通仿真在城市交通控制方面的研究有很大的应用前景。
本文在单个交叉口信号控制仿真与评估研究的基础上,针对城市干线交通流进行仿真研究,并开发了干线交通流仿真软件。本文详细论述了软件的模型研究、设计思想及应用实例。
论文首先介绍了仿真技术在交通领域的应用,以及干线仿真的国内外发展现状,并给出了本文的研究内容和重点。其次介绍了干线交通信号协调控制的应用条件、控制方式,并在此基础上,研究和提出了两种干线优化控制的方法。
城市干线交通流仿真软件的模型研究是本文的重点之一。根据软件结构设计思想,该软件由六个模型构成,即数据采集与转换模型、道路描述模型、车辆生成模型、交通控制模型、车辆运行模型、评价分析模型。本论文详细研究了各个模型的作用、机理及在软件中的应用,并且针对干线信号控制研究和改进了换车道算法和避车算法。
本论文以无锡市道路交通信号控制仿真科研项目为背景,以无锡市中山路-人民路、中山路-崇宁路两个相邻交叉口为例,论述了城市干线交通流仿真软件的实际应用。软件利用微观交通流仿真技术和计算机动画技术详细实现了干线交通流的运行状况,并且通过对话框的方式,开放若干参数供用户方便的修改交通参数及控制方案参数。软件在仿真的同时,计算干线车辆运行的各项评价指标,最终给出最优干线控制的推荐方案。
最后,本文对研究成果进行了总结,并在城市干线交通流仿真研究取得初步成果的基础上提出了城市交通仿真的进一步研究方向。
Urban traffic system is such a stochastic and complicated system that it is impossible to study of modeling and control among real traffic environment again and again. Thus, traffic simulation by computer becomes a great effective method. By traffic simulation, we can simulate various traffic phenomena, in-depth analyze various traffic characters. The traffic simulation provides a visual, effective and flexible experiment and test platform. Furthermore, the simulation can reappear urban local traffic flow phenomena and multiple simulation operations can provide us control parameter optimization and reference for decision of traffic organization. Traffic simulation get a wide application foreground in research of urban traffic control.
On the base of signal control simulation and evaluation of single crossing, the paper focuses on the simulation of urban trunk road traffic flow and developes simulation software of trunk road traffic flow. The paper discusses detailedly the model research, way of design, and application sample of the software.
The paper firstly introduces the application of simulation technology in the field of traffic and the domestic and abroad present status of trunk road simulation, then lists the content and emphasis in the research of this paper. Secondly, the paper introduces the application condition and way of control of signal coordinate of trunk road traffic control, and on the base of that the paper has studied and advanced two methods of trunk road signal control optimization.
The model research of simulation software of urban trunk road traffic flow is one of the emphases in this paper. According to the design conception of software structure, the software is composed of six models. They are model of data collection and conversion, model of road description, model of vehicle generation, model of traffic control, model of vehicle running and model of evaluation and analysis. This paper studies in detail the contribution, mechanism and application in the software of these six models. Furthermore, the paper studies and improves on the arithmetic of transforminig lanes and avoiding bump of vehicles aimed at signal control of trunk road.
On the background of scientific research item of road traffic signal control simulation in Wuxi city, this paper makes an example of two adjacent crossing of zhongshan road-renmin road and zhongshan road-chongning road in Wuxi city to discuss the practical application of simulation software of urban trunk road traffic flow. By the way of microcosmic simulation technique of traffic flow and cartoon technique of computer, the software realizes particularly the run status of mainline traffic flow. Furthermore, it provides some variable to customer though the way of dialog boxes to edit traffic parameters and control scheme parameters. At the same time of simulation, the software calculates the running evaluation indexes of trunk road’s vehicles, then gives the best control scheme to the traffic administrator.
At last, the paper summarizes the production of research, and gives the direction of following research work on the base of preliminary research achievements, which have acquired on urban trunk road traffic flow simulation.
本文在单个交叉口信号控制仿真与评估研究的基础上,针对城市干线交通流进行仿真研究,并开发了干线交通流仿真软件。本文详细论述了软件的模型研究、设计思想及应用实例。
论文首先介绍了仿真技术在交通领域的应用,以及干线仿真的国内外发展现状,并给出了本文的研究内容和重点。其次介绍了干线交通信号协调控制的应用条件、控制方式,并在此基础上,研究和提出了两种干线优化控制的方法。
城市干线交通流仿真软件的模型研究是本文的重点之一。根据软件结构设计思想,该软件由六个模型构成,即数据采集与转换模型、道路描述模型、车辆生成模型、交通控制模型、车辆运行模型、评价分析模型。本论文详细研究了各个模型的作用、机理及在软件中的应用,并且针对干线信号控制研究和改进了换车道算法和避车算法。
本论文以无锡市道路交通信号控制仿真科研项目为背景,以无锡市中山路-人民路、中山路-崇宁路两个相邻交叉口为例,论述了城市干线交通流仿真软件的实际应用。软件利用微观交通流仿真技术和计算机动画技术详细实现了干线交通流的运行状况,并且通过对话框的方式,开放若干参数供用户方便的修改交通参数及控制方案参数。软件在仿真的同时,计算干线车辆运行的各项评价指标,最终给出最优干线控制的推荐方案。
最后,本文对研究成果进行了总结,并在城市干线交通流仿真研究取得初步成果的基础上提出了城市交通仿真的进一步研究方向。
Urban traffic system is such a stochastic and complicated system that it is impossible to study of modeling and control among real traffic environment again and again. Thus, traffic simulation by computer becomes a great effective method. By traffic simulation, we can simulate various traffic phenomena, in-depth analyze various traffic characters. The traffic simulation provides a visual, effective and flexible experiment and test platform. Furthermore, the simulation can reappear urban local traffic flow phenomena and multiple simulation operations can provide us control parameter optimization and reference for decision of traffic organization. Traffic simulation get a wide application foreground in research of urban traffic control.
On the base of signal control simulation and evaluation of single crossing, the paper focuses on the simulation of urban trunk road traffic flow and developes simulation software of trunk road traffic flow. The paper discusses detailedly the model research, way of design, and application sample of the software.
The paper firstly introduces the application of simulation technology in the field of traffic and the domestic and abroad present status of trunk road simulation, then lists the content and emphasis in the research of this paper. Secondly, the paper introduces the application condition and way of control of signal coordinate of trunk road traffic control, and on the base of that the paper has studied and advanced two methods of trunk road signal control optimization.
The model research of simulation software of urban trunk road traffic flow is one of the emphases in this paper. According to the design conception of software structure, the software is composed of six models. They are model of data collection and conversion, model of road description, model of vehicle generation, model of traffic control, model of vehicle running and model of evaluation and analysis. This paper studies in detail the contribution, mechanism and application in the software of these six models. Furthermore, the paper studies and improves on the arithmetic of transforminig lanes and avoiding bump of vehicles aimed at signal control of trunk road.
On the background of scientific research item of road traffic signal control simulation in Wuxi city, this paper makes an example of two adjacent crossing of zhongshan road-renmin road and zhongshan road-chongning road in Wuxi city to discuss the practical application of simulation software of urban trunk road traffic flow. By the way of microcosmic simulation technique of traffic flow and cartoon technique of computer, the software realizes particularly the run status of mainline traffic flow. Furthermore, it provides some variable to customer though the way of dialog boxes to edit traffic parameters and control scheme parameters. At the same time of simulation, the software calculates the running evaluation indexes of trunk road’s vehicles, then gives the best control scheme to the traffic administrator.
At last, the paper summarizes the production of research, and gives the direction of following research work on the base of preliminary research achievements, which have acquired on urban trunk road traffic flow simulation.
引文
1. 陆化普. 城市交通现代化管理[M]. 人民交通出版社,1999
2. 魏明,杨方廷,曹正清. 交通仿真的发展及研究现状[J]. 系统仿真学报,2003,15(8):1179-1182
3. Ghaman,R S,Li Zhang,Gene Mchale,Stallard,C. The Role of Traffic Simulation in Traffic Signal Control System Development[C]. Intelligent Transportation Systems, 2003. Proceedings. 2003 IEEE , Volume: 1 , 12-15 Oct. 2003
4. 刘运通,石建军,熊辉编著. 交通系统仿真技术[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 88-89,118
5. 陈森发,毛岚. 城市交通信号灯模糊线控制及其仿真[J]. 系统仿真学报,2000,12(6):668-670
6. 李灵犀,高海军,王飞跃. 两相邻路口交通信号的协调控制[J]. 自动化学报,2003,29(6):947-952
7. 常云涛,彭国雄. 基于遗传算法的城市干道协调控制[J]. 交通运输工程学报,2003,3(2):106-112
8. 王 廷 平 , 蒋 珉 . 一 种 实 现 双 向 绿 波 信 号 控 制 的 方 法 及 其 应 用 实 现 [J]. 测控 技术 与 设备,2003,29(1):31-33
9. 万绪军,陆化普. 线控系统中相位差优化模型的研究[J]. 中国公路学报,2001,14(2):99-102
10. 史忠科,黄辉先,曲仕茹,陈小峰著. 交通控制系统导论[M]. 北京:科学出版社,2003. 65-69, 102,
121-123
11. 杨佩昆,吴兵. 交通管理与控制[M]. 北京:人民交通出版社,2003. 94-100,122,126-130,135-136
12. YU Lei,Katsuhisa Ohno. A Theoretical Approach to Optimizing Offsets of Coordinated Traffic Signal Controls[C]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2002,2(4)
13. Dotoli,M, Fanti, M P, Meloni,C. Real time optimization of traffic signal control: application to coordinated intersections[C]. Systems,Man and Cybernetics,2003. IEEE International Conference on, Volume: 4,5-8 Oct. 2003
14. 刘智勇. 智能交通控制理论及其应用[M]. 北京:科学出版社,2003. 24,164-165
15. 葛亮. 信号控制交叉口配时优化研究[[D]:[硕士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2003. 47
16. 黄辉先,史忠科. 城市单交叉路口交通流实时遗传算法优化控制[J]. 系统工程理论与实践,2001,3(1):102-104
17. 万绪军,陆化普. 线控系统中相位差优化模型的研究[J]. 中国公路学报,2001,14(2):99-102
18. 纪凯. 平面交叉口信号控制微观仿真研究及软件设计[D]:[硕士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2003
19. 王炜,过秀成等编著. 交通工程学[M]. 南京:东南大学出版社,2000. 89,116-117
20. 郭双冰,肖先赐. 基于乘同余法产生的伪随机序列的区间预测[J]. 电波科学学报,2002,17(3):251-253
21. 邹智军,杨东援. 交叉口信号控制方案描述仿真模型[J]. 计算机仿真,2002,19(2):82-85
22. 周商吾. 交通工程[M]. 上海:同济大学出版社,1996. 124-126
23. 邹智军,杨东援. 交通仿真系统中的纯微观跟车模型[J]. 同济大学学报,2001,29(8):899-901
24. 邹智军,杨东援. 微观交通仿真中的车道变换模型[J]. 中国公路学报,2002,15(2):105-108
25. 陈洪仁,杨龙海,赵国锋. 寒冷地区二级公路路段交通微观仿真研究[J]. 中国公路学报,2001,14(3):92
26. 伍建国. 信号交叉口交通流微观仿真模型研究[J]. 交通科技,2003. 88-91
27. 王殿海. 交通流理论[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 95-97
28. 秦寿康. 综合评价理论与方法[M]. 北京:电子工业出版社,2003. 51-54
29. 顾怀中. 城市交通系统管理技术的研究[D]:[博士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2002
30. 戴锋. Visual C++6.0 程序设计基础[M]. 北京:清华大学出版社,2001
31. 钱能. C++程序设计教程[M]. 北京:清华大学出版社,2001
32. Michael J Young. Visual C++6 从入门到精通[M]. 邱仲潘等译. 北京:电子工业出版社,1999
33. Steven Holzner 著. 王岚波等译.Visual C++ 6 轻松进阶[M]. 北京:电子工业出版社,1999
34. 邹智军,杨东援. 城市道路交通仿真系统软件设计[J]. 交通运输工程学报,2001,1(3):86-88
35. 荆便顺. 道路交通控制工程[M]. 北京:人民交通出版社,1995. 125-129
36. 陆化普. 解析城市交通[M]. 中国水利水电出版社,2001
37. 周干峙. 发展我国大城市交通的研究[M]. 中国建筑出版社,1997
38. 乐寿长. 道路交通控制[M]. 湖南科学技术出版社,1994
39. William R McShane and Rager P Roess. Traffic Engineering[M]. PRENTICE HALL,Englewood Cliffs, New Jersey 07632.
40. 全永燊. 城市交通控制[M]. 北京:人民交通出版社,1989
41. 段里仁. 道路交通自动控制[M]. 中国人民公安大学出版社,1991
42. 徐慰慈,严宝杰. 交通工程学[M]. 北京: 人民交通出版社,1980. 69-72
2. 魏明,杨方廷,曹正清. 交通仿真的发展及研究现状[J]. 系统仿真学报,2003,15(8):1179-1182
3. Ghaman,R S,Li Zhang,Gene Mchale,Stallard,C. The Role of Traffic Simulation in Traffic Signal Control System Development[C]. Intelligent Transportation Systems, 2003. Proceedings. 2003 IEEE , Volume: 1 , 12-15 Oct. 2003
4. 刘运通,石建军,熊辉编著. 交通系统仿真技术[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 88-89,118
5. 陈森发,毛岚. 城市交通信号灯模糊线控制及其仿真[J]. 系统仿真学报,2000,12(6):668-670
6. 李灵犀,高海军,王飞跃. 两相邻路口交通信号的协调控制[J]. 自动化学报,2003,29(6):947-952
7. 常云涛,彭国雄. 基于遗传算法的城市干道协调控制[J]. 交通运输工程学报,2003,3(2):106-112
8. 王 廷 平 , 蒋 珉 . 一 种 实 现 双 向 绿 波 信 号 控 制 的 方 法 及 其 应 用 实 现 [J]. 测控 技术 与 设备,2003,29(1):31-33
9. 万绪军,陆化普. 线控系统中相位差优化模型的研究[J]. 中国公路学报,2001,14(2):99-102
10. 史忠科,黄辉先,曲仕茹,陈小峰著. 交通控制系统导论[M]. 北京:科学出版社,2003. 65-69, 102,
121-123
11. 杨佩昆,吴兵. 交通管理与控制[M]. 北京:人民交通出版社,2003. 94-100,122,126-130,135-136
12. YU Lei,Katsuhisa Ohno. A Theoretical Approach to Optimizing Offsets of Coordinated Traffic Signal Controls[C]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2002,2(4)
13. Dotoli,M, Fanti, M P, Meloni,C. Real time optimization of traffic signal control: application to coordinated intersections[C]. Systems,Man and Cybernetics,2003. IEEE International Conference on, Volume: 4,5-8 Oct. 2003
14. 刘智勇. 智能交通控制理论及其应用[M]. 北京:科学出版社,2003. 24,164-165
15. 葛亮. 信号控制交叉口配时优化研究[[D]:[硕士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2003. 47
16. 黄辉先,史忠科. 城市单交叉路口交通流实时遗传算法优化控制[J]. 系统工程理论与实践,2001,3(1):102-104
17. 万绪军,陆化普. 线控系统中相位差优化模型的研究[J]. 中国公路学报,2001,14(2):99-102
18. 纪凯. 平面交叉口信号控制微观仿真研究及软件设计[D]:[硕士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2003
19. 王炜,过秀成等编著. 交通工程学[M]. 南京:东南大学出版社,2000. 89,116-117
20. 郭双冰,肖先赐. 基于乘同余法产生的伪随机序列的区间预测[J]. 电波科学学报,2002,17(3):251-253
21. 邹智军,杨东援. 交叉口信号控制方案描述仿真模型[J]. 计算机仿真,2002,19(2):82-85
22. 周商吾. 交通工程[M]. 上海:同济大学出版社,1996. 124-126
23. 邹智军,杨东援. 交通仿真系统中的纯微观跟车模型[J]. 同济大学学报,2001,29(8):899-901
24. 邹智军,杨东援. 微观交通仿真中的车道变换模型[J]. 中国公路学报,2002,15(2):105-108
25. 陈洪仁,杨龙海,赵国锋. 寒冷地区二级公路路段交通微观仿真研究[J]. 中国公路学报,2001,14(3):92
26. 伍建国. 信号交叉口交通流微观仿真模型研究[J]. 交通科技,2003. 88-91
27. 王殿海. 交通流理论[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 95-97
28. 秦寿康. 综合评价理论与方法[M]. 北京:电子工业出版社,2003. 51-54
29. 顾怀中. 城市交通系统管理技术的研究[D]:[博士学位论文]. 南京:东南大学交通学院,2002
30. 戴锋. Visual C++6.0 程序设计基础[M]. 北京:清华大学出版社,2001
31. 钱能. C++程序设计教程[M]. 北京:清华大学出版社,2001
32. Michael J Young. Visual C++6 从入门到精通[M]. 邱仲潘等译. 北京:电子工业出版社,1999
33. Steven Holzner 著. 王岚波等译.Visual C++ 6 轻松进阶[M]. 北京:电子工业出版社,1999
34. 邹智军,杨东援. 城市道路交通仿真系统软件设计[J]. 交通运输工程学报,2001,1(3):86-88
35. 荆便顺. 道路交通控制工程[M]. 北京:人民交通出版社,1995. 125-129
36. 陆化普. 解析城市交通[M]. 中国水利水电出版社,2001
37. 周干峙. 发展我国大城市交通的研究[M]. 中国建筑出版社,1997
38. 乐寿长. 道路交通控制[M]. 湖南科学技术出版社,1994
39. William R McShane and Rager P Roess. Traffic Engineering[M]. PRENTICE HALL,Englewood Cliffs, New Jersey 07632.
40. 全永燊. 城市交通控制[M]. 北京:人民交通出版社,1989
41. 段里仁. 道路交通自动控制[M]. 中国人民公安大学出版社,1991
42. 徐慰慈,严宝杰. 交通工程学[M]. 北京: 人民交通出版社,1980. 69-72