交通仿真技術(shù)在道路交通工程中的運(yùn)用

張小艷

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，蘭州 730100）

交通仿真技術(shù)屬于一種全新的交通技術(shù)，在城市道路的管理、控制實(shí)踐中起到了十分關(guān)鍵的作用，能夠有效降低事故的出現(xiàn)率、處理交通堵塞問(wèn)題等。同時(shí)，還為人們的日常出行提供了大量的選擇，確保了人們出行的有序、安全[1]。交通仿真技術(shù)擁有各種各樣的優(yōu)勢(shì)，本文重點(diǎn)分析了其在道路交通工程中的運(yùn)用策略，希望可以廣泛使用此項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)而更好地處理交通問(wèn)題，給人們的現(xiàn)實(shí)生活提供更多的便利，將其應(yīng)有的核心價(jià)值全面施展出來(lái)。在此基礎(chǔ)上，本文首先介紹了交通仿真技術(shù)的含義與應(yīng)用領(lǐng)域、具體分類(lèi)及其功能，然后從提取及保存交通數(shù)據(jù)、相關(guān)預(yù)測(cè)研究、制定一些決策支持等方面分析了交通仿真系統(tǒng)工作的主要程序，最后從交通需求的預(yù)測(cè)、項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)、非項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)、交通問(wèn)題的解決策略、交通仿真結(jié)果分析等方面重點(diǎn)探究了在道路交通工程中如何運(yùn)用交通仿真技術(shù)，現(xiàn)具體論述如下。

1 概述

1.1 交通仿真技術(shù)的含義

交通仿真屬于一門(mén)涉及若干個(gè)學(xué)科的綜合技術(shù)。其借助計(jì)算機(jī)模型來(lái)反映比較復(fù)雜的交通情況，跟蹤描述及研究交通運(yùn)動(dòng)隨空間、時(shí)間的具體變化，是計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的范疇。交通仿真是交通工程行業(yè)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)核心體現(xiàn)。

1.2 主要內(nèi)容

伴隨科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐漸被人們所熟知，并且在各個(gè)行業(yè)也獲得了普遍的運(yùn)用。交通仿真技術(shù)，主要就是借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)來(lái)深入研究、總結(jié)交通情況。經(jīng)過(guò)充分引進(jìn)及使用交通仿真技術(shù)，能夠使道路交通的設(shè)計(jì)及管理愈發(fā)明確，也能夠更好地描述比較繁瑣的交通情況。

相比于以前的交通分析技術(shù)，交通仿真技術(shù)擁有大量?jī)?yōu)勢(shì)，每個(gè)行業(yè)為了在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中站穩(wěn)腳跟，創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)思想是很關(guān)鍵的。隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在深入發(fā)展，牢牢抓住機(jī)遇，企業(yè)才會(huì)實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展。交通運(yùn)輸行業(yè)的深入發(fā)展也是這樣，交通對(duì)人們的日常生活出行是很關(guān)鍵的，因此持續(xù)引進(jìn)全新的技術(shù)很有必要。交通仿真技術(shù)的核心優(yōu)點(diǎn)如下：首先，交通仿真技術(shù)可以詳細(xì)探究交通情況發(fā)生的整個(gè)過(guò)程，這類(lèi)交通模型擁有較強(qiáng)的靈活性，方便技術(shù)工作人員操作；其次，交通仿真模型可以將分析結(jié)果充分反映出來(lái)，擁有開(kāi)放性、直觀性的特征；再次，對(duì)于城市交通流很大的路段，也能夠全面反映此路段的實(shí)際交通情況，擁有較強(qiáng)的隨機(jī)性，方便梳理整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)；最后，交通仿真技術(shù)擁有很強(qiáng)的安全性，能夠更好地保障人們財(cái)產(chǎn)、生命安全不遭受損害。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛速發(fā)展，交通仿真技術(shù)也獲得了創(chuàng)新、優(yōu)化，不斷擴(kuò)展到了更大的應(yīng)用領(lǐng)域中，在城市交通管理中獲得了廣泛運(yùn)用[2]。于是，交通仿真技術(shù)在城市交通的管控工作中逐漸受到重視，將自身的實(shí)用性全面施展了出來(lái)。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包含如下2個(gè)方面。

第一，城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)運(yùn)行情況方面。這一系統(tǒng)是城市交通中比較普遍的設(shè)施，于是，一定要確保其有序、順利運(yùn)行。在這一系統(tǒng)中廣泛使用仿真技術(shù)能夠?qū)β房诮煌ㄐ枨蟮倪m應(yīng)性與參數(shù)設(shè)置的科學(xué)性進(jìn)行有效檢測(cè)，能夠在第一時(shí)間調(diào)控交通信號(hào)的相關(guān)設(shè)置參數(shù)，防止由于信號(hào)控制的失誤而進(jìn)一步引起交通混亂，進(jìn)而最大限度地提升控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率、科學(xué)性。

第二，城市道路交通規(guī)劃目標(biāo)方面。城市道路交通的相關(guān)規(guī)劃涉及了很繁瑣的內(nèi)容，需要開(kāi)展系統(tǒng)化與全面化的整合，且此項(xiàng)工程能否實(shí)現(xiàn)是十分關(guān)鍵的問(wèn)題之一。其目標(biāo)不但要確保工程的順利實(shí)現(xiàn)，而且一定要與城市可持續(xù)發(fā)展的實(shí)際要求相符。而交通仿真技術(shù)能夠?qū)@些比較抽象化的規(guī)劃實(shí)施仿真演示，為交通規(guī)劃進(jìn)一步提供客觀、有效的設(shè)想。

2 交通仿真的具體分類(lèi)及其功能

交通仿真模型作為交通仿真的核心研究?jī)?nèi)容，對(duì)其品質(zhì)的要求很?chē)?yán)格。由于對(duì)交通實(shí)際情況了解的程度、細(xì)節(jié)不一樣，于是應(yīng)該站在各種角度去研究交通仿真。一般來(lái)說(shuō)，交通仿真能夠劃分成微觀仿真、中觀仿真和宏觀仿真3種類(lèi)型。

2.1 微觀的交通仿真

在各種各樣的交通信息流中，各個(gè)單獨(dú)的車(chē)輛都能夠當(dāng)作一個(gè)研究對(duì)象，可以標(biāo)識(shí)全部的個(gè)體車(chē)輛。在掃描每一路段的過(guò)程中，車(chē)輛的特性、速度就會(huì)被持續(xù)更新[3]。微觀仿真可以及時(shí)模擬交通流的實(shí)際波動(dòng)情況，通常來(lái)講，微觀交通仿真對(duì)計(jì)算機(jī)資源的相關(guān)要求很?chē)?yán)格，仿真速度很慢，如此對(duì)于道路設(shè)施十分有利，這二者互相作用、影響，相比于宏觀仿真，微觀仿真的核心參數(shù)是每輛車(chē)的位置、速度。除此之外，微觀仿真還適用于描述動(dòng)態(tài)交通現(xiàn)象，如交織影響分析、可接受空檔分析及交通波動(dòng)分析等，這些分析通常是在非穩(wěn)定交通情況下實(shí)施的，采取宏觀仿真不易獲取結(jié)果。

2.2 中觀的交通仿真

中觀仿真是在宏觀仿真的前提下，將個(gè)體車(chē)輛進(jìn)一步放入到宏觀交通流中開(kāi)展研究的，某按照模擬的實(shí)際需要，標(biāo)識(shí)特定車(chē)輛的位置、速度及其他屬性，或?qū)€(gè)體車(chē)輛進(jìn)行分組，進(jìn)而標(biāo)識(shí)每組車(chē)輛的位置、速度及其他屬性，其更加詳細(xì)地描述了交通系統(tǒng)的行為、要素。此仿真系統(tǒng)能夠主要用來(lái)擬定及評(píng)價(jià)大范圍的交通控制及干預(yù)方法，優(yōu)化控制交通流。按照如今計(jì)算機(jī)硬件的綜合發(fā)展水平，能夠在大規(guī)模的路網(wǎng)范圍內(nèi)開(kāi)展動(dòng)態(tài)與實(shí)時(shí)的交通中觀仿真。

2.3 宏觀的交通仿真

交通流是一個(gè)比較繁瑣的整體，需要將其視為一個(gè)連續(xù)流，無(wú)需對(duì)個(gè)體的車(chē)輛開(kāi)展單獨(dú)標(biāo)識(shí)。相比較來(lái)說(shuō)，交通流對(duì)計(jì)算機(jī)資源沒(méi)有太多的要求、限制，然而仿真的速度很快，有利于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入擴(kuò)建與研究等。如今，我國(guó)科學(xué)技術(shù)還在持續(xù)地優(yōu)化、發(fā)展中，針對(duì)如今計(jì)算機(jī)的整體發(fā)展水平，也能夠在大范圍的路面實(shí)施交通宏觀仿真。宏觀仿真自身?yè)碛幸幌盗械奶卣?，即精度低和?yīng)用范圍小，這重點(diǎn)是源于密度、速度。相比于微觀仿真，宏觀仿真所需的計(jì)算時(shí)間、計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存空間很少，仿真結(jié)果也更加容易理解。然而，存在以下漏洞：部分情況下，不能清晰地描述道路瓶頸處的動(dòng)態(tài)交通變化；由于宏觀仿真中利用平均值對(duì)交通流參數(shù)進(jìn)行描述，每個(gè)車(chē)輛的隨機(jī)性影響未獲得充分考慮；沒(méi)有精準(zhǔn)地計(jì)算出各個(gè)車(chē)輛的交通參數(shù)。宏觀交通仿真模型重點(diǎn)用于分析道路網(wǎng)交通狀態(tài)、宏觀管理策略、交叉口交通狀況及交通基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建與新建，在研究交叉口交通狀況的過(guò)程中，基于排隊(duì)理論的宏觀仿真能夠用于研究信號(hào)燈前的排隊(duì)長(zhǎng)度。

3 交通仿真系統(tǒng)工作的主要程序

3.1 提取及保存交通數(shù)據(jù)

交通仿真系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)就是，能夠憑借其自身的數(shù)據(jù)提取技能，不斷提取到交通數(shù)據(jù)，基于此，借助其本身的存儲(chǔ)技術(shù)，將交通數(shù)據(jù)進(jìn)一步格式化，以方便未來(lái)的使用[4]。目前，這一技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛使用，將其充分融入到交通樞紐系統(tǒng)里面，能夠有效顯示及評(píng)價(jià)當(dāng)前的交通流，進(jìn)而更好地提升員工的工作效率。

3.2 相關(guān)預(yù)測(cè)研究

經(jīng)過(guò)全面探究我國(guó)前幾年的交通運(yùn)輸量、數(shù)據(jù)趨勢(shì)和數(shù)據(jù)相似性，能夠充分了解到，交通仿真系統(tǒng)可以精準(zhǔn)、及時(shí)地預(yù)測(cè)短期交通事件?；诖?，分析“交通黑點(diǎn)”就顯得很關(guān)鍵，其重點(diǎn)針對(duì)的是交通事故數(shù)據(jù)、擁堵數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)及研究其數(shù)據(jù)，研究者能夠發(fā)現(xiàn)引起其問(wèn)題出現(xiàn)的具體原因且作出有關(guān)類(lèi)比分布圖，進(jìn)而制定出合理、有效的應(yīng)對(duì)策略[5]。在這一情況下，還應(yīng)該創(chuàng)建三維的城市環(huán)境，因?yàn)橥ㄟ^(guò)多媒體來(lái)充分實(shí)現(xiàn)交通仿真的話，車(chē)輛、路網(wǎng)都一定要3D化，而且這項(xiàng)技術(shù)的廣泛使用，不但能夠最大限度地提升仿真成效，而且可以確保預(yù)測(cè)效果的精準(zhǔn)率，可也存在一些缺陷，比如，會(huì)投入很多時(shí)間、擴(kuò)增員工的工作量。

3.3 制定一些決策支持

在對(duì)一些決策支持進(jìn)行制定的過(guò)程中，要深入考慮3個(gè)方面，第一，交通渠化方面，將獲得的路段交通流量數(shù)據(jù)開(kāi)展渠化研究，進(jìn)而制定出行之有效的解決方案[6]。第二，配時(shí)方面，采取配時(shí)算法分析獲得的交通流速大數(shù)據(jù)，進(jìn)而有效解決路口配時(shí)的問(wèn)題。第三，交通規(guī)劃方面，一定要綜合了解其所支持的決策路口，借助交通配置法，深入收集及研究路段交通流量的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于此，經(jīng)過(guò)有效使用交通規(guī)劃理論，充分顯示出其研究結(jié)果，進(jìn)而制定出合理的解決方案。

4 在道路交通工程中如何運(yùn)用交通仿真技術(shù)

本文以某城市的道路為例，探究了交通仿真技術(shù)的運(yùn)用策略，對(duì)這一路段的非項(xiàng)目交通量、項(xiàng)目交通量及交通需求等信息進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，且針對(duì)交通問(wèn)題進(jìn)一步提出了有效的應(yīng)對(duì)策略，明確提出了交通仿真技術(shù)的綜合運(yùn)用成效。

4.1 交通需求的預(yù)測(cè)

交通需求預(yù)測(cè)在城市交通規(guī)劃實(shí)踐中占有主要地位，對(duì)道路的誘增交通量、轉(zhuǎn)移交通量和趨勢(shì)交通量等項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)判斷。

4.2 項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)

在使用仿真系統(tǒng)的時(shí)候，一般以某城市的交通規(guī)劃文件為核心基礎(chǔ)，對(duì)各類(lèi)用地的吸引率和產(chǎn)生率、居民的出行方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖ镂娜肆髁繑?shù)據(jù)進(jìn)行全面調(diào)查。如在2018年，某一路段高峰階段將會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生530 pcu/h的交通量，其中產(chǎn)生量、吸引量分別為260 pcu/h、270 pcu/h。同時(shí)，基于此，將預(yù)測(cè)項(xiàng)目的綜合交通量逐漸疊加到交通小區(qū)，借助約束重力模型、彈性系數(shù)法，預(yù)測(cè)出2018年開(kāi)發(fā)項(xiàng)目順利竣工之后道路高峰期間內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)的OD矩陣。

4.3 非項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)

區(qū)內(nèi)出行交通、過(guò)境交通都是非項(xiàng)目交通量預(yù)測(cè)的重要構(gòu)成部分，在此研究實(shí)踐中對(duì)交通小區(qū)之間的出行交通量進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)測(cè)[7]。員工對(duì)這一段道路的具體交通流量開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，且對(duì)虛擬小區(qū)進(jìn)行劃分，在對(duì)OD矩陣進(jìn)行反推的過(guò)程中充分采取Trans CAD方法，對(duì)種子OD矩陣進(jìn)行推算，獲得各個(gè)小區(qū)之間的OD交通量，且區(qū)間內(nèi)部的阻抗愈大，說(shuō)明出行量愈低。同時(shí)在將這一城市的交通規(guī)劃政策文件有機(jī)結(jié)合起來(lái)的前提下，對(duì)道路高峰階段的相關(guān)交通出行率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)交通現(xiàn)狀的吸引量、發(fā)生量進(jìn)行計(jì)算，在種子OD矩陣的校準(zhǔn)過(guò)程中采取反推OD矩陣手段，明確對(duì)應(yīng)的交通數(shù)據(jù)參數(shù)[8]。另外，在后續(xù)預(yù)測(cè)非項(xiàng)目交通量時(shí)還廣泛使用了原單位法，獲得了某一時(shí)間段內(nèi)交通小區(qū)之間高峰機(jī)動(dòng)車(chē)的OD矩陣。

4.4 交通問(wèn)題的解決策略

經(jīng)過(guò)研究以上數(shù)據(jù)，在深入結(jié)合路網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀、城市土地利用情況的前提下，明確提出了如下3個(gè)方面的解決策略。

第一，采取單向交通，按照運(yùn)行方向?qū)⒙范蝿澐殖?條路，最大限度地保證來(lái)來(lái)往往車(chē)輛的分開(kāi)運(yùn)行[9]。同時(shí)，在這一公路的交叉口處分別對(duì)禁右轉(zhuǎn)、禁左轉(zhuǎn)等標(biāo)志進(jìn)行設(shè)置。

第二，需采取協(xié)調(diào)限制手段，在所管理的實(shí)際范疇內(nèi)，對(duì)道路的綠波帶進(jìn)行協(xié)調(diào)及控制，且對(duì)渠化路口進(jìn)行設(shè)置[10]。例如，能夠?qū)⒆筠D(zhuǎn)車(chē)道進(jìn)一步設(shè)置成魚(yú)肚皮模式，且在道路交叉口對(duì)導(dǎo)流島進(jìn)行設(shè)置，在嚴(yán)格遵守路權(quán)分配基本原則的前提下最大限度地提升道路交叉口的綜合交通水平。

第三，需要在控制城市交通信號(hào)時(shí)有效使用交通仿真技術(shù)，在分析城市交通的時(shí)候，人們一般會(huì)探究交通信號(hào)控制系統(tǒng)里面道路交通需求、參數(shù)設(shè)置的科學(xué)性、合理性，可工作實(shí)踐中卻難以獲取這些信息、數(shù)據(jù)[11]。而借助交通仿真系統(tǒng)能夠?qū)Φ缆氛＿\(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，且持續(xù)提高系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)，更好地避免了不明確性因素充分引起的道路交通偏差問(wèn)題，使交通信號(hào)的綜合控制成效獲得了提升。

4.5 交通仿真結(jié)果的研究

將仿真技術(shù)深入運(yùn)用到交通運(yùn)輸管理實(shí)踐中，有利于促進(jìn)城市化道路的全面建設(shè)，經(jīng)過(guò)充分優(yōu)化各路段的實(shí)際交通情況，不但能夠有效減少行駛車(chē)輛在交叉路口的等候時(shí)間、停車(chē)次數(shù)，而且能夠減少汽車(chē)尾氣的綜合排放量，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境與節(jié)能降耗的終極目的[12]。上述內(nèi)容明確提到的采取交通單向化，是指在某一路段內(nèi)，全部行進(jìn)車(chē)輛都向著一個(gè)方向持續(xù)行駛，如此做的核心目的就是為了充分利用當(dāng)前的道路資源，經(jīng)過(guò)控制最短路段來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)讓整段道路保持通暢的主要目的，還能夠?qū)χ車(chē)范蔚慕煌鲗?shí)現(xiàn)均衡。但是其也存在一些問(wèn)題，如在全面提升行人通行時(shí)間的過(guò)程中，極大地影響了公交車(chē)的正常運(yùn)行[13]。采取協(xié)調(diào)控制、限制策略的應(yīng)對(duì)方案，在對(duì)交叉路口的相關(guān)交通問(wèn)題進(jìn)行深入解決的過(guò)程中，不但能夠減少行駛車(chē)輛在交叉口的停車(chē)次數(shù)與等待時(shí)間，而且充分降低了交通事故在這一路段的出現(xiàn)率，在實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境與節(jié)能降耗的同時(shí)還最大限度地確保了這一路段的整體通行能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，本文從微觀仿真、中觀仿真和宏觀仿真等方面分析了交通仿真的具體分類(lèi)及其功能；從提取及保存交通數(shù)據(jù)、相關(guān)預(yù)測(cè)研究、制定一些決策支持等方面探究了交通仿真系統(tǒng)工作的主要程序；從交通需求的預(yù)測(cè)、項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)、非項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)、交通問(wèn)題的解決策略及交通仿真結(jié)果的研究等方面入手，以實(shí)現(xiàn)交通仿真技術(shù)在道路交通工程中的有效運(yùn)用。交通仿真技術(shù)是經(jīng)過(guò)創(chuàng)建計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)其開(kāi)展全面探究，進(jìn)而展現(xiàn)出繁瑣的交通問(wèn)題。其既能夠?qū)煌ü芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案與道路幾何設(shè)計(jì)方案開(kāi)展有關(guān)評(píng)價(jià)，也可以探究交通工程與交通安全理論，除此之外，其還能夠?qū)θ碌慕煌夹g(shù)進(jìn)行測(cè)試，于是其投入使用有利于促進(jìn)智能交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。