[发明专利]基于元胞机的城市微观交通流仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于特定计算模型的计算机系统，特别是一种基于元胞机的城市微观交通流仿真系统。

背景技术

交通仿真是20世纪60年代以来随着计算技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂交通现象的交通分析方法。交通仿真是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用。交通仿真是复现交通流时间空间变化的技术。交通仿真模型的建立以及交通仿真实验系统的开发是交通仿真研究的两个核心内容。其中微观交通仿真模型对交通系统的要素及行为的细节描述程度最高。例如，微观交通仿真模型对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的，车辆在道路上的跟车、超车及车道变换行为等微观行为都能得到较真实的反映。国外的交通仿真研究较早，始于20世纪60年代，其中TRANSYT交通仿真软件是当时最具代表性的成果。20世纪70年代至80年代，由于计算机的迅速发展，交通仿真模型的精度也迅速提高，功能也更加多样。这期间的典型代表当属NETSIMU模型。随着20世纪80年代末和90年代初国外ITS(智能交通系统)研究的日益热门，世界各国都展开了以ITS为应用背景的交通仿真软件的研究，并达到了交通仿真研究前所未有的高潮，出现了一大批的评价和分析ITS系统效益的仿真软件系统。交通信息的充分利用是智能交通系统有别于常规交通系统的显著特征，各仿真软件均各有其特点及优势，但也因其研究定位和重点的不同，或多或少地存在不同的缺陷。例如对于模型描述没有描述超车现象、对车辆在近交叉口路段的描述较为粗略、假设了驾驶员对诱导信息的完全接受等。国内在交通仿真方面的研究长期处于一种未受重视的状态，仿真研究较为零散，且往往只局限于解决单一问题，如对二车道公路通行能力的仿真研究、高速道路入口匝道范围交通仿真、优先控制T型交叉口交通仿真等等。

由于城市交通路口有着相当高的复杂程度，因此路口仿真一直是交通流仿真中的难点，尤其在无控制或两相位控制的四岔、五岔路口由于其间冲突点众多，更是增加了仿真的难度。现有的路口仿真解决方案主要有基于N-S模型的一维元胞模型和基于BML模型的二维元胞模型。前者以N-S模型为基础来解决路口仿真问题，总体来说都是从功能上将路口分为入口路段以及出口路段。入口车道对应着直行、左转和右转三条出口车道，Kai Nagel提出车辆在入口和出口路段应遵循多车道的N-S模型，同时该方法对交叉口的处理采用了一个十分简单的方法，实测交叉口的车辆在各个方向的转弯概率，以及路口的延误时间，根据这个两个参数，从入口车道取出车辆插入到出口车道。但是这一简单规则，并没有考虑到交通信号灯、停车线等交通设施的影响。

而BML模型致力于用二维元胞自动机模型解决路口仿真问题，该模型从宏观角度对城市路网进行研究，将整个城市路网划分成N×N个长宽相等的单元格，每个单元格代表城市路网中的一个路口。它将时间步分为奇数时间步和偶数时间步，在每一奇数时间步，南北向的车辆可以向前行驶一个单元格；在每一偶数时间步，东西向的车辆可以前进一个格点；如果车辆前方的格点已有其他车辆占据，那么这辆车只能在原地等待，不能前进。这样，每个格点相当于信号控制路口。近年来BML模型得到了不断的改进和发展，但是大多是建立在宏观层面上的，对于车辆在交叉口如何具体的运动以及路口冲突点的处理，均没有涉及到。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于元胞机的城市微观交通流仿真系统，解决了以往智能交通仿真系统模型描述不完善、车辆在路口行驶状态不真实等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于元胞自动机的城市微观交通流仿真系统，包括仿真内核、初始化模型、人机交互模型、数据库管理系统和诱导与控制协调系统，其中：所述初始化模型由路网生成模型、车辆生成模型以及控制与诱导设备生成模型组成，主要是根据人机交互模型提供的各种需求，对交通仿真主体——道路网络、车辆、以及控制诱导设备的物理参数、几何参数、统计规律等进行定义，作为仿真内核运行所必须的外部参数；所述仿真内核则由车辆行驶模型与控制诱导设备运行模型组成，负责车辆在道路与路口的行驶，以及检测器交通流检测、信号灯色显示、诱导显示屏信息发布等；所述人机交互模型包括仿真参数设定模型和动态显示模型，负责用户对仿真系统中各种参数的设定以及整个交通网络的屏幕显示工作的完成；所述数据库管理系统负责用户输入数据等的保存与管理。