仿真系統交通環境論文
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1仿真系統的需求分析和功能設計
本文所涉及的仿真評價系統，是在無信號交叉口的環境中，引導次路車輛穿越主路的仿真系統。該引導系統是為無信號交叉口次路駕駛員設計的，協助其高效地完成穿越主路的車輛間隙，安全度過交叉口沖突區。系統依托于智能車路環境，應用臨界間隙理論，完成了包括引導方案制定、圖像仿真界面、可擴展程序設計等，使程序可以滿足后續開發等功能需求。研究所涉及的仿真系統滿足以下要求:1)實現引導方案的決策功能。主要應用于特定的交通環境、信號規則、人車信息的條件下，引導策略和引導方案的制定。2)實現引導系統的評價功能。針對引導系統提出的引導策略和引導方案，仿真系統根據次路交叉口通行能力、排隊延誤、排隊長度等指標對引導系統進行評價，證明其優越性。3)實現算法參數的標定功能。針對模型算法中參數，如調速區長度、虛擬停車線的位置等進行標定。以次路通行能力、延誤為指標進行衡量，標定出最為合理的設置方案。4)實現可視化的仿真效果。仿真系統的輸入在后臺完成，輸出的引導方案和車輛行駛狀況在前臺展示。仿真系統要實現路段、交叉口、車輛的可視化仿真效果，直觀精確地表達引導系統的工作原理。
2仿真系統總體結構
根據仿真系統的需求分析和功能設計，得到仿真系統的總體結構。該結構中各主體之間的具體關系為:1)仿真者與仿真主體。仿真者與仿真主體為開發與被開發的關系，仿真者通過人機交互界面設定、開發仿真主體。反過來，仿真主體的運行效果影響仿真者的設計，達到反饋調節。2)仿真主體與仿真界面。仿真主體的活動和運行效果通過仿真界面呈現給仿真者。3)仿真主體與結果輸出。仿真主體的活動經過程序的記錄、分析，并通過具體指標(通行能力、排隊延誤、排隊長度等)形成仿4)仿真主體與交叉口、路段、引導策略。交叉口、路段、引導策略為仿真主體的三個對象，它們的成員變量與成員函數預先定義好存儲在仿真系統中，無返回值調用。5)仿真主體與交叉口仿真模型、路段跟馳模型。交叉口仿真模型即系統模型算法，路段跟馳模型采用非線性模型。二者是仿真主體的預存儲過程，在仿真過程中直接由仿真主體調用。6)仿真主體與交叉口車輛、路段車輛。交叉口車輛和路段車輛為仿真主體的兩個主要對象，它們的成員變量與成員函數預先定義好存儲在仿真系統中，有返回值調用。
3仿真系統中各Agent類的設計
作為仿真對象的無信號交叉口次路車輛穿越引導系統中的Agent類，由車輛、路段、交叉口、引導策略等組成，
4仿真環境及語言的選取仿真系統選擇
NetLogo語言作為無信號交叉口車輛穿越引導系統的仿真環境。如圖3所示，橫向黑線代表交叉口沖突區的時間軸，從車輛到達交叉口到駛離交叉口所占用的時間以兩個數組形式嵌入該時間軸，前車的駛離時間和后車的進入時間差在交叉口沖突區的時間軸上顯示為不連續的時間段。豎向黑線同樣代表交叉口沖突區的時間軸，但顯示的是被次路來車的預計抵達交叉口和預計駛離交叉口的時間占用情況，引導系統通過判斷次路來車的情況從橫向時間軸被割裂剩余的不連續時間段中分配給次路來車，橫豎時間軸中對應情況如圖中虛線所示。NetLogo具有出色的圖形輸出能力，可通過語言編程輸出大量數據，并可導出csv格式數據，便于使用Matlab等計算工具對仿真數據進行分析，包括交通量、延誤、單車位置速度關系圖等。
二仿真結果對比通過以上系統的仿真試驗
可以看出，當使用無信號交叉口車輛穿越引導系統后，在主、次交通量較低的情況下，能夠很大程度上減少交叉口的平均延誤和停車次數。而決定延誤的主要因素由主路交通量轉移到次路交通量。另外，向兩個系統同時輸入同一股車流，通過對比發現:在交通狀況完全相同的狀況下，引導系統的車輛采取了引導系統給予的不同的行車策略，提高了效率。
三結語
傳統的交通流仿真軟件，如vissim等，都是通過對交通流設定不同的參數來實現系統的評價。因此，就無法實現對駕駛員的個性化引導，以及評定系統的優越性。而通過應用Multi-Agent理論，可以實現車輛Agent，路段Agent和引導策略Agent的仿真，并有效地提高了無信號交叉口的行車效率，減少交通延誤。綜上所述，Agent技術的出現為進行交通問題研究提供了理想的解決途徑，基于Agent的智能交通的研究方法正在興起，我國目前對采用Agent技術進行交通問題研究也是剛剛開始，許多問題有待于進一步深入地研究。
作者：于海熊軍單位：天津市市政工程設計研究院道橋分院
