高速公路交通流状况自动检测模拟器的研究与试验

研究并提出了高速公路交通事件自动检测模拟器的设计方案．设计了模拟系统的总体框架结构，介绍了其主要功能及特点，建立了系统模拟模型，给出了系统软件的设计方法．试验结果及分析表明此方案合理、有效．模拟器的研制对解决高速公路通行能力的研究，以及交通拥挤、交通事件检测等同题具有重要的实际意义．     

基于OpenGVS的分布式虚拟汽车驾驶视景系统设计与实现

针对汽车虚拟驾驶模拟器视景系统对“沉浸感”、“交互感”的要求，设计了分布式虚拟汽车驾驶视景系统，以Multi Gen Creator为建模软件，OpenGVS为开发平台，解决了分布式实时网络结构、视景模型区域分割、三维图形模型导入、视点动态控制、碰撞检测等关键技术问题．实验结果表明：所开发的视景系统能够满足分布式虚拟驾驶模拟系统视景对真实性、实时性和交互性的要求，增强了驾驶视景仿真的沉浸感和交互感．     

基于动力学分析的驾驶模拟器运动仿真算法

驾驶模拟器仿真系统采用动力学和运动学分析方法对汽车所受的力进行研究，得出其动力学方程，从而对汽车驾驶进行仿真．根据分析力所得出的加速度以及前一状态的速度和发动机转速，利用动力学方程和运动学方程求出当前时刻发动机转速、汽车的速度、位置变化、方向变化等．将数据发送给视景计算机，由其驱动视景变化，视景计算机对车辆运动进行碰撞检测，将碰撞结果反馈给主机进行所受外力的计算，由此仿真驾驶模拟器的运动．     

一种虚拟交通环境中的微观交通仿真模型

为提高虚拟交通环境中车辆行为仿真的逼真度及解决用户与系统的实时交互问题,提出了一种微观交通模型.该模型由道路模型和车辆行为模型构成:道路模型包括了车道的交通属性、几何形状、路网拓扑关系等数据;车辆行为模型考虑驾驶员的交通性格、车辆性能等因素,包括自由行驶、跟驰及换道模型.车辆行为模型可检测与用户所驾驶的汽车仿真器的位置关系,并作出减速、换道、停车等响应.建立了包含153个车道的虚拟交通环境,对模型进行测试,结果表明:所建立的微观交通仿真模型能够反映仿真车辆的个体行为差异;路网中仿真车辆为600辆时,仿真周期约2~4 ms,能实现实时仿真及与用户的实时交互.      

干线交叉口信号灯线控系统配时设计实例分析

对城市主干道进行"绿波"信号配时设计,可以最大限度地节省车辆停留及等待时间,提高道路设施的综合效益。在交通调查的基础上,对金华市八一南街与李渔路、宾虹路相交的十字交叉口主干道方向进行线控配时方案设计,并利用VISSIM交通模拟软件对线控配时方案进行仿真验证,结果显示通过线控方案设计可以使车辆在交叉口平均延误时间明显减少。     

拥堵指数自适应调节的交通运行状态识别方法及应用研究

拥堵指数是客观评价城市交通运行状态的有效指标。针对当前拥堵指数模型中对交通畅行速度时空特性考虑不足的问题，本文在车辆定位与路网时空匹配数据的基础上，引入概率密度分段原理对车辆速度进行距离和时间分段，建立了具有自适应调节能力的拥堵指数模型，用于城市交通运行状态的分类与识别。以厦门市节假日浮动车辆定位数据为例，仿真分析了拥堵指数模型在复杂道路和城市交通中的适用性，并揭示了城市交通运行状态的变化规律。分析结果表明：拥堵指数模型能有效区分道路的空闲和繁忙时段，并依据对应时段的畅行速度进行自适应调节；针对复杂互通立交和专用共线道路，拥堵指数计算结果相较传统方法平均提升了 6.5%和3.2%；厦门市交通为单一晚高峰拥堵形态，平均拥堵指数介于 1.0~3.0 之间，拥堵时间为16:10- 21:00，空间分布集中在厦门市进出岛方向的主干道枢纽位置，以及厦门岛内东西走向主干道。该项研究对于快速建立不同城市及具有特殊时段需求的交通运行识别方法起到积极作用。     

城市主干道交通状况评价

城市汽车保有量的增加,加大了城市公路主干道的交通压力。主干道是城市道路网络的骨架,评估和分析主干道的交通运行状况是交通运营领域研究的重点。主干道存在很多信号控制的交叉口,需选取具有表征间断交通流特性的评价指标。本文选取行程车速、饱和度和延误时间比3 个评价指标,基于模糊综合算法,建立了主干道交通运行状况评价分析系统。以包头市青山区主干道为例进行实际分析,验证评价模型的科学性和合理性,试验结果表明,输出结果与主干道交通实际运行状况基本一致。     

银川市丽子园北街信号协调控制方案设计

对城市主干道进行"绿波"信号配时设计,可以最大限度地节省车辆停留及等待时间,提高道路设施的综合效益。在交通调查分析的基础上,对丽子园北街干道方向进行线控配时方案设计,并利用VISSIM交通模拟软件对线控配时方案进行仿真验证,结果显示通过线控方案设计可以使车辆在交叉口平均延误时间明显减少。     

公交车及其它路权优先车辆信号优先模型研究

随着交通问题的日益严重,公共交通日益受到交通管理部门和交通领域学者的重视. 其中,公交信号优先是提高公交系统运行效率和服务水平的重要途径. 本文提出了城市主干道公交车信号优先模型并进行了分析和探讨. 首先根据收集到的交通流数据应用“单路径旅行分配法”计算出OD矩阵;接着利用GIS信息在微观交通仿真软件Paramics中对网络进行了重构;随后根据交通管理策略引入了层次分析法对四种不同车辆进行优先权系数的设置;最后设计了专门的控制策略来降低公交车辆的整体延迟. 仿真结果表明,采用该优先信号控制方案后,公交车和其它路权优先车辆的延迟,甚至包括所有车辆的延迟都能得到整体的降低,部分解决公交车和其它路权优先车辆的优先通行问题.     

长江通航安全研究的船舶操纵仿真系统

长江水域通航条件高度复杂，有针对性地开展船舶操纵模拟系统的研究显得尤为重要，文中介绍了全功能大型船舶操纵模拟器及通用船舶操纵计算机仿真平台（USManCSP），提出以前者砻实时模拟基础，结合USManCSP中的电子江图信息系统（ECS）、内河船舶操纵运动数学模型、基于模糊控制的引航员控制模型等进行快时模拟研究，建立较完善的通航安全论证分析平台，并给出了二个急弯河段的模拟研究结果．     

基于元胞自动机的附加导流岛型出口仿真建模

为研究附加导流岛型出口对快速路交通流的影响，本文建立针对附加导流岛型出口的元胞自动机模型。基于KKW (Kerner Klenov Wolf)模型，引入3种换道规则并分段设定，以描述附加导流岛型出口影响下的车辆换道行为。针对主辅路直接衔接的几何特点，对主路车辆经由出口驶出的过程等效简化，定义附加导流岛型出口下的车辆驶出规则。模型的数值仿真结果表明：导流岛通过引导辅路车辆在导流岛上游向外侧车道合流，能够使辅路下游的内侧车道起到辅助车道的作用。在此设置下，辅路车流对车辆驶出造成的直接干扰得到缓解，主路的通行效率显著提高。然而，辅路车辆经过导流岛后的强制换道会对驶出的平稳交通流造成扰动而诱发局部拥堵， 影响驶出车流的进一步疏散，导致主路饱和流量和平均速度的下降。此外，导流岛使得辅路形成道路缩减瓶颈，在其影响下，辅路总饱和流量大幅下降。导流岛对辅路内侧车道的占用使得其流量和平均速度均低于外侧车道，通行效率受到更大的影响。     

基于车车通信的快速路入口匝道车速控制研究

为研究车车通信技术条件下车辆通过合流影响区时的运行情况,缓解快速路交通压力,提出车车通信环境下入口匝道车辆速度控制模型。首先,分析合流影响区车辆汇合存在的问题;然后,结合合流影响区车辆行驶速度需求,确定入口匝道车辆在加速车道上可汇合位置;接着,根据入口匝道车辆和主路最外侧车道车辆分别到达合流影响区汇合点的时间,建立入口匝道车辆汇入的车速控制模型;最后,对传统环境下和车车通信环境下车辆驶过合流影响区进行仿真。结果表明,在给定的仿真时间段,车车通信环境下,主路和匝道交通量分别为1 000veh/h和400veh/h时,合流影响区的交通量提高了19.5%,入口匝道车辆的平均行驶时间节约了26.9%、平均行驶速度提高了19.7%;主路交通量为1 800veh/h、匝道交通量为800veh/h时,传统环境下合流区车辆出现排队现象,车车通信环境下无排队现象。     

城市主干道交通信号群系统控制的参数优化设计模式及其模拟系统开发

在引入交叉口信号状态位差概念基础上,提出交通信号系统控制的比例信号相位差设计方案,并在HCM信号延迟计算式的基础上整理出规范化的信号周期及有效绿信号比优化设计模型,从而构成一套完整的城市主干道交通信号群系统控制参数优化设计模式。采用VC^ 程序设计语言编制了具有较好可视性的模拟系统软件,并用此系统软件进行了模拟实验,验证了控制参数优化设计模式的正确性。     

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基于智能交通诱导信息考虑前方多辆车,司机又通过后视镜考虑后方车辆,提出一种改进的耦合映射跟驰模型,用于描述单车道的交通流的动力学特性及其拥堵控制。利用离散延迟反馈控制动力学模式,通过调整模型中控制参数给出了抑制交通拥堵的策略。利用反馈控制理论,导出了在头车速度发生变化时,交通流保持稳定性的条件。分析结果表明,考虑前后方更多车辆的信息对交通流有致稳作用,亦即稳定性条件明显减弱。数值模拟证实了理论分析的正确性,通过与前人相关工作的比较得知,考虑前后方车辆的信息能够更有效地抑制交通拥堵。     

基于PFV策略的连续型元胞自动机交通流模型

科学合理的微观交通流仿真模型是研究交通控制手段有效性的关键.本文结合一种考虑驾驶员视野内前后多车影响的跟驰策略，建立了连续型元胞自动机交通流模型.仿真实验表明，仿真数据与实测数据有较好的拟合性，仿真得到的 K-Q、K-V和 Q-V图能较好地反映实际道路交通流的失稳现象，所建立的模型具有适应不同场景的兼容性与灵活性，能够作为研究我国实际道路交通流问题的仿真工具.     

车路协同环境城市快速路分流区通行能力提升策略

根据车路协同环境城市快速路分流区不同车型的自动、人工驾驶混合车流特征，引入动态加速度、可变换道概率改进元胞自动机模型车流运行规则；设计了考虑主路自动驾驶渗透率、大型车混入率、驶出自动驾驶渗透率、驶出车流率、出口匝道车道数、换道决策点距离等因素耦合作用的分流区换道仿真试验；对比分析了多因素耦合作用下驶出车辆自由换道率、平均换道距离等指标影响程度，研究了城市快速路分流区道路通行能力变化规律；提出了基于可变换道决策点距离的分流区道路混合车流通行能力提升策略。研究结果表明:分流区驶出车辆自由换道率越高，道路通行能力越大；主路车流自动驾驶渗透率对通行能力的影响最为显著，自动驾驶环境可达到人工驾驶环境道路通行能力的2倍；出口匝道车道数对通行能力的影响不显著，2条出口匝道比1条出口匝道的通行能力提升约3%；换道决策点距离对通行能力的影响较为显著，车辆换道决策点距离从100 m增加到150 m时，分流区道路通行能力可提高9.6%~10.6%。可见，可借助移动式交通标志提前引导车辆换道决策，显著提高分流区道路通行能力。      

基于PFV策略的连续型元胞自动机交通流模型

科学合理的微观交通流仿真模型是研究交通控制手段有效性的关键.本文结合一种考虑驾驶员视野内前后多车影响的跟驰策略，建立了连续型元胞自动机交通流模型.仿真实验表明，仿真数据与实测数据有较好的拟合性，仿真得到的 K-Q、K-V和 Q-V图能较好地反映实际道路交通流的失稳现象，所建立的模型具有适应不同场景的兼容性与灵活性，能够作为研究我国实际道路交通流问题的仿真工具.     

大规模路网中分布式车辆群体协同决策方法

为解决车路协同环境下大规模路网中车辆群体协同决策问题,提出了分布式车辆群体协同决策方法;在深入分析交通控制特性的基础上,构建了路网分解模型,将大规模协同决策问题分解成若干个同质小规模子问题,每个子问题覆盖了上游路段、路口和下游路段这3类不同交通区域;基于虚拟车辆映射技术构建了车辆群体协同决策模型,将路口区域二维车辆群体协同决策问题转化为一维问题;与路段区域内车辆群体协同决策方式相同,在路口区域内通过控制虚拟车队中车辆的等效车头时距来完成车辆之间的交互和冲突消解,进而采用统一的协同决策参数来解决各子问题中不同区域内车辆群体的协同决策问题;基于不同区域内车辆群体协同决策参数的统一化,设计了上、下游区域之间的协作机制来保证上游车辆在充分考虑下游交通状态的基础上做出合适的驾驶决策。仿真结果表明:在不同的交通需求设置下,采用提出的方法后,车辆在通过冲突区的过程中均具有平滑的时空轨迹,避免了车辆时空轨迹出现剧烈波动;相对于纯分布式方法,提出的方法在给定的仿真条件下可使车辆燃油消耗最大降低14%;因此,在大规模路网中实施提出的分布式车辆群体协同决策方法可有效降低冲突区对车流连续性的影响,从而保证了车辆安全、平稳、环保地行驶。      

道路事故多发路段动力学仿真识别系统

为了从车-路耦合角度客观、直接地识别道路事故多发路段,开发了事故多发路段动力学仿真识别系统,建立了车辆模型、道路模型与车-路耦合模型,提出了事故多发路段识别方法,通过小附着系数路面动力学仿真试验和弯道制动动力学仿真试验进行验证。采用闭环控制方法控制汽车的运行状态,依据道路的特性,选择表征车辆行驶安全性的特征参数,通过特征参数曲线识别事故多发路段。仿真结果表明:在主要考虑道路因素导致事故多发时,所识别出的事故多发路段与依据交警部门事故统计信息所识别出的事故多发路段一致,因此,此系统可行。