交通管控方案計(jì)算實(shí)驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

米愛(ài)中

摘 要：文章基于ACP方法體系中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)理論，構(gòu)建智能交通管控方案評(píng)估及優(yōu)化平臺(tái)。作為該平臺(tái)組成部分之一的交通管控與服務(wù)方案計(jì)算實(shí)驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)，包含計(jì)算實(shí)驗(yàn)資源與設(shè)置和計(jì)算實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)主要功能模塊。文章分別針對(duì)這兩個(gè)模塊，詳細(xì)描述了其功能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能交通；計(jì)算實(shí)驗(yàn)；評(píng)估

中圖分類號(hào)：U491.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）17-0001-02

1 概 述

對(duì)交通解決方案進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地評(píng)估和優(yōu)化是交通研究中急需解決的問(wèn)題之一。評(píng)估及優(yōu)化工作面臨的主要制約因素是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)難以開展。中國(guó)科學(xué)院王飛躍研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在交通管控的研究與實(shí)踐中引入復(fù)雜系統(tǒng)和智能控制的相關(guān)成果，提出了平行交通系統(tǒng)控制與管理的理念。該理念基于人工系統(tǒng)（Artificial systems）、計(jì)算實(shí)驗(yàn)（Computing experiments）和平行控制（Parallel control）所組成的方法體系，簡(jiǎn)稱為ACP方法?；谌斯そ煌ㄏ到y(tǒng)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為交通方案的評(píng)價(jià)提供了新的實(shí)驗(yàn)手段，這種實(shí)驗(yàn)方法在提高可實(shí)施性的同時(shí)，能提供更為全面、合理的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)保障交通管理控制系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用與實(shí)施具有重要意義。

基于ACP方法體系中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)理論，構(gòu)造智能交通管控方案評(píng)估及優(yōu)化平臺(tái)。該平臺(tái)由交通信息處理與分析系統(tǒng)、交通管控與服務(wù)方案計(jì)算實(shí)驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)和交通人員學(xué)習(xí)與培訓(xùn)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。交通管控與服務(wù)方案計(jì)算實(shí)驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)基于搭建的人工交通仿真系統(tǒng)，模擬真實(shí)的智能交通系統(tǒng)的能力，通過(guò)海量交通數(shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)智能交通系統(tǒng)各個(gè)層面管控與服務(wù)方案的學(xué)習(xí)與優(yōu)化，提高管控與服務(wù)方案的效果，并進(jìn)一步完善智能交通系統(tǒng)管控與服務(wù)方案的決策支持庫(kù)。該系統(tǒng)由計(jì)算實(shí)驗(yàn)資源與設(shè)置和計(jì)算實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)功能模塊構(gòu)成。本文將分別針對(duì)這兩個(gè)模塊，詳細(xì)描述其功能設(shè)計(jì)。

2 計(jì)算實(shí)驗(yàn)資源與設(shè)置

該模塊分為城市交通生成器、城市交通管理生成器、城市交通環(huán)境生成器和城市交通實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景生成器四個(gè)部分。

2.1 城市交通生成器

包含以下三個(gè)生成器：

①城市交通及設(shè)施生成器，建立城市的路網(wǎng)、場(chǎng)所分布、線路、檢測(cè)設(shè)備，包含如下功能：

其一，基于人工交通系統(tǒng)生成各交通要素；其二，基于人工交通系統(tǒng)生成交通基礎(chǔ)設(shè)施。

②人口生成器，建立人口分類、人口的運(yùn)動(dòng)規(guī)則，包含如下功能：

其一，管理人口模型列表；其二，在列表中新建、移除及管理維護(hù)當(dāng)前工作區(qū)的人口模型；其三，支持將其他人口模型文件加到當(dāng)前工作區(qū)；其四，支持對(duì)人口模型的內(nèi)容進(jìn)行配置。

人口配置包含：人口數(shù)量與人口結(jié)構(gòu)、人口年齡區(qū)間與比例分布、人口性別比例、人口出行交通工具選擇習(xí)慣、人口使用各種交通工具時(shí)的自由流習(xí)慣、 人口配置還包括以年份為單位生成該年內(nèi)的人口構(gòu)成；

③車輛生成器，建立車輛類型分類，包含如下功能：

其一，在列表中顯示設(shè)計(jì)的車輛模型（允許增加、修改、刪除）；其二，指定城市的車輛擁有數(shù)量； 其三，指定城市的車輛類型及其分布；其四，系統(tǒng)支持將其他車輛模型文件加到當(dāng)前工作區(qū)。

2.2 城市交通管理生成器

包含三個(gè)方面的管理功能：

①信號(hào)控制，建立城市路網(wǎng)下的信號(hào)控制方案，可以為每一個(gè)信號(hào)機(jī)指定信號(hào)控制，包含如下功能：

其一，在列表中管理信號(hào)控制方案；其二，維護(hù)信號(hào)控制方案；其三，支持在列表中維護(hù)當(dāng)前工作區(qū)內(nèi)的信號(hào)控制模型；其四，信號(hào)控制模型必須針對(duì)一個(gè)路網(wǎng)進(jìn)行設(shè)置；其五，信號(hào)控制模型中必須指定信號(hào)控制模式以及信號(hào)機(jī)、最大綠燈、最小綠燈；其六， 選擇路網(wǎng)后列出路網(wǎng)內(nèi)的實(shí)路口進(jìn)行路口機(jī)方案配置；其七，每個(gè)路口機(jī)允許指定一套控制方案；控制方案包括相位配置方案和相位配時(shí)方案；其八，相位配置方案：每個(gè)路口機(jī)的控制方案中根據(jù)路口形狀進(jìn)行相位配置；其九，相位配時(shí)方案：系統(tǒng)允許為每一個(gè)相位指定相位的綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間和紅燈時(shí)間；其十，一個(gè)路口機(jī)的方案的時(shí)長(zhǎng)為綠燈時(shí)間+黃燈時(shí)間+紅燈時(shí)間；其十一，允許通過(guò)每個(gè)相位圖直觀的查看相位方案。

②信息發(fā)布，建立信息發(fā)布模型，包括接收率及發(fā)布周期，包含如下功能：

其一，以列表形式管理信息發(fā)布模型（允許增加、修改、刪除）；其二，指定信息發(fā)布模型中的是否有信息發(fā)布以及信息被交通參與者接收的比例；

②交通管理，建立城市路網(wǎng)下的管理，包括限速管理等，包含如下功能：

其一，在列表中管理交通管理模型； 其二，維護(hù)交通管理模型；其三，交通管理模型必須制定對(duì)應(yīng)的路網(wǎng)；其四，交通管理模型中必須指定城市自由流速度；其五，交通管理模型中必須指定城市公交車自由流速度。

2.3 城市交通環(huán)境生成器

包含三個(gè)方面功能：

①天氣環(huán)境，建立天氣類型，包含如下功能：

其一，在列表中維護(hù)天氣環(huán)境模型；其二，天氣環(huán)境模型指定了一種典型的天氣環(huán)境，通過(guò)降水強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、造成能見(jiàn)度影響、風(fēng)力進(jìn)行描述；其三，天氣環(huán)境模型列表提供各種典型的天氣環(huán)境模型，供人工系統(tǒng)使用。

②事故生成器，建立事故類型，包含如下功能：

其一，在列表中維護(hù)事故模型；其二，交通事故模型指定了一種典型的交通事故，通過(guò)發(fā)生概率、事故影響嚴(yán)重程度、事故影響持續(xù)時(shí)間進(jìn)行描述；其三，交通事故模型列表提供各種典型的交通事故模型，供人工系統(tǒng)使用。

③大型活動(dòng)生成器，建立大型活動(dòng)類型，包含如下功能：

其一，在列表中維護(hù)大型活動(dòng)模型；其二，大型活動(dòng)模型指定了一種典型的大型活動(dòng)，通過(guò)活動(dòng)類型、活動(dòng)影響程度、活動(dòng)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行描述；其三，大型活動(dòng)列表提供各種典型的大型活動(dòng)模型，供人工系統(tǒng)使用。

2.4 城市交通實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景生成器

建立實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景指定了一類典型實(shí)驗(yàn)所包含的條件，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，包含如下功能：

①在列表中管理實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景；

②支持預(yù)先根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，以提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)用；

③實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中必須指定一個(gè)路網(wǎng)；

④實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，必須根據(jù)選擇的路網(wǎng)選擇信號(hào)控制模型及交通管理模型；

⑤實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，可以指定多個(gè)天氣模型，并為每個(gè)模型指定發(fā)生的時(shí)間；

⑥實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，可以指定多個(gè)事故模型，并為每個(gè)模型指定發(fā)生的位置及時(shí)間；

⑦實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，可以指定多個(gè)大型活動(dòng)模型，并為每個(gè)模型指定發(fā)生的位置及時(shí)間；

⑧實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，可以不指定天氣模型、事故模型及大型活動(dòng)模型。

3 計(jì)算實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境

該模塊分為以下四部分：

①城市交通計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)器，選擇實(shí)驗(yàn)條件因素，一次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，除了路網(wǎng)，其余的都可以多選，表示設(shè)計(jì)不同條件因素的實(shí)驗(yàn)，包含如下功能：

其一，支持兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式：根據(jù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)和根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)；其二，根據(jù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)時(shí)，允許選擇同一個(gè)路網(wǎng)下的多個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景；其三，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)時(shí)，只允許選擇一個(gè)路網(wǎng)模型，其他模型可以設(shè)置多個(gè)；其四，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須指定實(shí)驗(yàn)的基本運(yùn)行參數(shù)以及輸出設(shè)置；其五， 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)，必須指定實(shí)驗(yàn)方式；其六，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須指定路網(wǎng)、人口、車輛、信號(hào)控制、城市交通管理模型，否則實(shí)驗(yàn)資源準(zhǔn)備不充分。

②城市交通計(jì)算實(shí)驗(yàn)生成器，選擇一次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)，生成實(shí)驗(yàn)前的各種因素的xml文件，如出行需求等，包含如下功能：

其一，選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，列出包含的實(shí)驗(yàn)；其二， 選擇準(zhǔn)備生成的實(shí)驗(yàn)，順序生成；其三，實(shí)驗(yàn)生成實(shí)際上是準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所必須的各種資源；其四， 實(shí)驗(yàn)生成過(guò)程中，要對(duì)實(shí)驗(yàn)的生成進(jìn)行監(jiān)控。

③城市交通計(jì)算實(shí)驗(yàn)執(zhí)行器，選擇設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，調(diào)用人工系統(tǒng)順序開始執(zhí)行系統(tǒng)，包含如下功能：

其一， 選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中選擇已經(jīng)生成的實(shí)驗(yàn)開始執(zhí)行（可以按照順序執(zhí)行，每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)一個(gè)人工系統(tǒng)）；其二，執(zhí)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求對(duì)實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

④城市交通計(jì)算實(shí)驗(yàn)查看器，選擇實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的avi動(dòng)畫、簡(jiǎn)單交通流信息、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，包含如下功能：

其一，以列表形式列出要查看的實(shí)驗(yàn)；其二，對(duì)于查看的實(shí)驗(yàn)以動(dòng)畫回放的形式查看；其三，對(duì)于查看的實(shí)驗(yàn)以圖表的形式查看；其四，對(duì)于查看的實(shí)驗(yàn)以輸出報(bào)告的形式查看；其五，支持一次性選擇一個(gè)實(shí)驗(yàn)，打開窗口（非模態(tài)）播放動(dòng)畫；其六，當(dāng)選擇一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以設(shè)置輸出哪些具體的路段；當(dāng)選擇多個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能輸出所有的路段；其七，允許設(shè)置是否輸出實(shí)驗(yàn)平均值。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以智能交通管控與服務(wù)方案評(píng)估及優(yōu)化問(wèn)題為研究對(duì)象，基于ACP方法構(gòu)建智能交通管控方案評(píng)估及優(yōu)化平臺(tái)。針對(duì)該平臺(tái)組成部分之一的交通管控與服務(wù)方案計(jì)算實(shí)驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)，分別從計(jì)算實(shí)驗(yàn)資源與設(shè)置和計(jì)算實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)方面，詳細(xì)描述了其功能設(shè)計(jì)。

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