交通仿真中宏观与微观层面对接技术研究及其在武汉市的应用开题报告

 2020-04-02 11:04
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.研究背景及意义


截止目前,武汉市的机动车保有量已经超过260万辆,而且仍在快速增长中,已经出现了明显的道路供需矛盾,造成了常年居高不下的交通拥堵指数,以及不到25km/h的工作日高峰时段道路通行速度。

道路网络是城市的骨干和血脉,对城市社会经济发展起着至关重要的作用,交通规划的合理与否直接关系到城市的未来发展。由于交通系统变量、参数繁多,难以建立纯粹的数学模型,因此交通规划方案实施之前需要借助一定的系统工具进行分析,确定城市交通现状中存在的问题。宏观交通仿真模型主要用于研究分析交通设施的新建与扩建、宏观管理措施及交通发展政策等。微观仿真采用基于单个车辆行为的微观交通流模型,主要从车辆的行驶行为、车道组的设置及交通设施的配置等各个微观细节来分析交通系统的特征或者优化其性能。

利用交通仿真技术对武汉市重点区域的交通拥堵情况进行详细研究,对相关部门制定合理的交通管控和规划对策意义重大。


2.国内外研究现状

邓兴栋博士[4]提到,交通仿真系统始于上世纪五六十年代,由伦敦交通研究和芝加哥区域交通研究(CATS)所建立起来的交通仿真系统是公认的第一代综合交通仿真系统,经过半个多世纪的发展,交通仿真系统在国外的应用日趋成熟。在吴娇蓉教授[1]编纂的《交通系统仿真及应用》中将交通仿真的发展分为三个阶段:

  1. 诞生期,指20世纪50年代至60年代初

    该阶段主要以优化交通信号为目的,由于当时计算机运算能力低,多采用宏观交通模型。因此仿真效果不理想,虽然该时期的交通仿真达不到人们预期的效果,但是该阶段已经对跟驰行驶、换道、行车冲突等常见的交通现象进行了描述,为后期交通仿真的发展提供了借鉴依据。

    于丰泉[8]硕士论文中提及该阶段代表性的交通仿真软件有:1966年美国联邦公路局(FHWA)开发了SIGOP交通仿真系统,该系统在美国城市道路信号设计中得到了应用;1967 年由英国道路与交通研究所的 D.L.Robinson 等人开发的 TRANSYT 仿真软件,TRANSYT采用宏观模型,其主要用于最优化交通信号参数。纵观该阶段典型的交通仿真系统,它们大都用于优化道路信号的配置。

  2. 发展期,指20世纪60年代初至80年代初

    在20世纪七八十年代,伴随着计算机科学的迅猛发展,交通仿真也得到了快速发展。在该时期,交通仿真的精度得到了较大水平的提高,微观交通仿真模型也越来越多的应用到交通仿真系统中。该阶段涌现了多个交通仿真软件,尤其是美国联邦公路局开发的NETSIM模型,该模型采用微观模型,采用时间扫描,通过对单个车辆的模拟进行仿真。NETSIM的出现使得与以往的仿真系统相比较,仿真精度达到了新的高度。此外E.B.Lieferman等人在1971年提出了UTCS-1模型,该模型用于描述车辆的运动。日本科学警察所在 1974 年开发了用以研究车辆与行人在交叉口的相互影响的MISTRAN模型等。

    (3)成熟期,指20世纪80年代初至今

    从20世纪80年代开始,随着面象对象的软件开发方法的广泛应用,交通仿真也进入到了一个新的发展阶段。出现了将微观仿真与宏观仿真相结合的混合仿真模型。进入90年代以后,随着计算机图形图像处理能力的显著发展,交通仿真朝着可视化的方向发展。到了21世纪后随着ITS日益深入人心,在这期间交通仿真又加入了许多适应ITS的新技术。该阶段涌现出的典型仿真软件有AIMSUN2,VISSIM,TRAF等。

交通系统仿真技术的发展呈现如下特征【1】:

  1. 交通建模开始突破微观模型与宏观模型的界限,出现了混合模型。

  2. 仿真软件开始向大型化、综合性方向发展。

  3. 研究重点从软件开发逐渐转向了系统模型的改进,包括模型的精炼,如加入优化子模型和加入有效性测定、仿真模型集成等。

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