信号交叉口交通流微观仿真模型研究.pdf

信号交叉口交通流微观仿真模型研究伍建国【摘要】本文通过对城市交叉口的路口环境及车流到达、排队、跟驶、冲突、拐弯、驶离等各种运行状态的分析建立了城市交叉口路口形状、路口信号控制方法及车辆各种运行规律的数学模型并基于此模型对仿真系统进行了开发。最后通过把某一实际路口的仿真结果与该路口的交通调查结果进行对比证明此系统真实可信。作为ITS的研究方向之一该交通仿真系统无疑为交通管理部门提供了一种实用的辅助决策工具。1、问题的提出城市交叉口是城市路网的关节点对其进行深入的研究是解决城市交通问题关键所在。以往对城市交叉口的研究有两种方法：经验法和解析法。前者是建立在对交通流感性的、定性的认识基础之上所以只适用于宏观分析；后者需要建立交通系统运行情况的数学模型所以比较复杂而且建立的模型也难以准确地描述随机性比较大的交通系统的特性。交通仿真技术是在上述两种方法的基础上利用现代系统工程和计算机仿真技术成果发展起来的新的交通研究方法它对于描述多变的、复杂的随机性过程非常有效。利用交通仿真人们可以动态地、逼真地模拟交通流和交通事故等各种交通现象深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通流的交通特性有效地进行交通规划、交通组织与管理、交通能源节约以及物资运输流量合理化等方面的研究。此外通过计算机仿真的方法可以避免进行一些费用昂贵且周期长的交通调查和现场试验以很小的代价获得难以调查的数据并再现多种交通现象即可以从一个崭新的视角展开对交通问题的研究。实践证明仿真技术已经成为交通工程师考察和解决交通问题的有力工具。道路交通仿真分为宏观仿真和微观仿真两大类。所谓宏观仿真是用描述交通运行宏观规律的参数来设计模型进行仿真而微观模型则是用描述交通运行微观规律的参数来设计模型进行仿真。由于交叉口的实际运行情况较复杂对其仿真应以微观为主这样才能更符合实际的交通状况。本文就是基于此种思路对城市信号交叉口交通流仿真方法进行了研究建立了仿真模型并基于此模型开发出了一个动态微观仿真系统。这个系统将有助于交通工程师对信号交叉口交通流的运行细节以及信号控制的最优配时进行深入研究。2、仿真模型的建立交通仿真是典型的离散系统仿真被仿真事件在时间上是离散的、随机的交通行为的产生整体符合分布规律。仿真模型是用一系列的数据、逻辑条件表达式和若干公式组成。2.1路口描述模型路口描述模型描述了交叉口的形状、车道功能等是用一组数据表示的静态模型在仿真过程中保持不变。模型参数是通过路口参数输入对话框送入的。参数有：路口名称路口类型（正十字口畸形口丁子口）畸形口中心距车道数车道宽停车线距离隔离带宽车辆检测器位置车道功能选择等。2.2车辆描述模型车辆描述模型描述了车辆的形状、位置、颜色、速度、来向、去向、期望速度、车辆反应时间等。模型参数随着车辆的随机生成而产生某些参数随着车辆的运行而改变。车辆描述模型与车辆生成模型、车辆运行模型有着密切的关系是它们模型算法执行结果的直接反映。2.3车辆生成模型车辆生成模型描述了车辆的随机到达数分布到达车辆的车型分布到达车辆的流向分布到达车辆车道选择方法到达车辆车色分布。车辆生成模型是交叉口车辆运行模型的基础。2.3.1车辆到达数分布模型车辆到达数的分布是离散型的随机分布又称之计数分布反映了在某一固定时段内到达给定地点车辆的随机数。车辆到达分布数常见的有泊松分布、二项分布、负二项分布三种。其中泊松分布用于描述计数时间间隔极短车流密度不大车辆间相互影响较小其他外界干扰基本不存在的交通状况；二项分布用于描述车辆比较拥挤自由行驶机会不多的车流；负二项分布用于描述车辆稀密相间具有高方差的车流。泊松分布基本公式是：mxp(x)=e−mx!式中：p(x)为在计数间隔t内到达x辆车的概率；x为给定时间间隔到达的车辆数；e为自然对数的底数e=2.71828；m=λt为计数间隔t内平均到达的车辆数λ=N/3600N是小时交通量λ为车辆平均到达率（veh/s）t为每个计数间隔持续的时间（s）。二项分布及负二项分布不再详述。2.3.2车