微观交通仿真系统原型设计与实现文献综述

 2023-08-14 10:13:03

文献综述(或调研报告):

国外对交通仿真系统的研究起步较早,技术也比较成熟 纵观其发展史,主要分为三个阶段。第一阶段从20世纪60年代开始,以较为简单的宏观模型 TRANSYT为代表,初步具备与仿真相关的模型和评价指标,主要应用与交通信号灯的优化。第二阶段从70年代开始,随着计算机技术的发展和研究的深入,仿真模型的理论得到了迅速的发展和完备,涌现出了以FREFLO为代表的众多仿真模型。第三阶段从上世纪80年代开始至今,随着计算机技术的进一步发展,仿真系统的计算能力和功能又得了巨大的提升,仿真系统也更加注重效果的展示。同时,为了更好的与实际应用接轨,仿真系统也开始采用基于面向对象的开发方法,而此开发的能力也逐步提高,进入一个发展的高潮。随着 ITS 的发展而涌现出的大批微观、中观、宏观模型。虽然各种模型及其仿真软件在质量上参差不齐,总体上,国外在交通仿真领域的发展还是领先国内数十载。

与国外相比,国内的交通仿真研究起步较晚,大约开始于上世纪80年代末,并且在开始阶段没有收到足够的重视。从90年代开始,国内的一些高校和研究单位逐渐认识到交通仿真研究的重要性,开始积极投入到该领域进行相关研究,取得了一些成果。进入21世纪,国内研究人员通过长期的研究积累,开发出了一些针对特定环境或问题的交通仿真系统,包括东南大学的TranStar和NITS、同济大学的TJTS和TESS、山东科学院的DynaCHINA、建设部的TranSolution等。总体来说,由于起步较晚、重视程度不高、道路情况复杂等原因,国内交通仿真的研究成熟度还不是很高,开发的软件与国外相比也存在一些问题:使用不够方便;二次开发能力较低等。

根据对交通细节的描述程度差异,现有的交通仿真系统大致被分为以下三类:宏观模型、中观模型以及微观模型。

微观仿真是把每一辆车视作一个研究对象,对所有个体车辆都进行标识和定位。在每一个扫描时段,车辆的速度、加速度及其他车辆特性被更新。微观交通仿真能模拟出短时段内的交通流的波动情况。跟车模型、超车模型以及换道模型是微观仿真的基本模型。一般而言,微观交通仿真系统用于研究交通流与局部的道路设施的项目影响,例如车道划分、道路宽度、弯度、坡度以及公交站的设置等,也用于交通控制仿真,例如交通信号灯控制、让路停车等。微观仿真模型的重要参数是每辆车的速度和位置。

微观交通仿真按照其建模方法分类,可分为基于离散多智能体的微观交通仿真和基于元胞自动机的微观交通仿真两大类。

  1. 基于离散多智能体的微观交通仿真

基于离散多智能体(Agent)的建模方法中,Agent是一个抽象实体,一个具有根据外部环境的刺激,做出自主反应行为的计算单元。基于Agent的建模是一种自下而上的建模方法,为交通系统中的每个元素建立 Agent 抽象单元,然后用仿真系统的控制结构将所有 Agent 联系在一起,从而搭建起整个系统的模型。

2. 基于元胞自动机的微观交通仿真

基于元胞自动机的微观交通仿真中,所有元胞个体都是静态的,通过系统中元胞个体状态变化的合成来反映整个系统的状态。与基于智能体的方法不同点在于元胞个体是静止的,而智能体是可以在交通环境所属的区域动态改变自身属性的。

多智能体微观交通仿真是本文研究的重点。

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