城市交通視覺仿真

直 敏

（盤錦職業技術學院信息系，遼寧盤錦 124000）

城市交通視覺仿真

直 敏

（盤錦職業技術學院信息系，遼寧盤錦 124000）

基于MATLAB和VB仿真軟件，建立了城市交通路口交通量、最佳路徑、交通事故、事故樹和交通量預測5個仿真模塊。利用VB建立系統界面，調用MATLAB對路口交通量進行仿真分析，采用函數曲線擬合法對數據進行了處理，得到了相應的規劃措施。

MATLAB；VB；城市交通；虛擬仿真

0 引 言

城市交通在城市道路建設方面占有十分重要的地位。當前，我國城市交通仿真領域中人機交互功能、用戶界面可視化、各種交通仿真系統都各有不同。但是，在較多的城市建設中，通常會遇到比較多的信息，而這些信息復雜多變，難以預測，因此，需要準確及時地對這些數據進行處理、分析、評價［1－4］。

1 城市交通仿真研究現狀

上個世紀初期，我國各大高等院校以及科研機構便開始利用城市交通仿真系統對城市道路建設進行仿真分析。因此，國外以及國內相關的仿真軟件開始涌入中國市場，目前，已經開始嘗試將仿真軟件應用于城市交通的仿真實驗，利用仿真結果對城市交通進行評價、治理，并取得了嘗試性的成功。但是，由于我國國情的限制以及客觀因素的影響，城市交通的仿真研究起步比較晚，并且由于技術的落后發展也相當緩慢。存在這種現象的主要原因有如下幾個方面的問題。

1.1 城市交通仿真系統建模困難

在我國，各大中城市基本都是混合交通，這使得在系統仿真進行建模的時候變得十分困難，城市道路交通車流中，機動車、非機動車、人群及其它車種相互混合，并且同時行駛，這是我國城市道路交通的鮮明特點，另外，城市人口的隨意流動性太大，很容易導致交通秩序的混亂。因此，在這種交通比較復雜、隨意流動性比較大的情況下，想要建立一個比較符合實際交通行為的系統仿真模型確實有一定的難度。

1.2 城市交通仿真軟件落后

由于國情等客觀因素的限制，城市交通仿真研究在我國的應用起步較晚，并且還沒有得到廣泛的認可。從現在的研究成果來看，我國的交通仿真軟件還僅僅局限在探索與模仿的階段，因此到目前為止，還沒有一個比較系統化的仿真軟件，既能解決我國交通的實際問題，又能使得可視化程度較高。雖然有人曾經嘗試移用國外的仿真軟件到中國來，但是，由于軟件開發環境的不同，以及我國城市道路建設的不同和人車流量的隨意性等原因，造成國外的軟件均沒有達到理想的效果。

針對上述我國城市交通仿真研究中存在的不足以及單個仿真軟件的局限性，為了更好、更準確地反映實時的城市交通現狀和規劃需求。因此，為了解決上述問題以及彌補單個軟件的劣勢，取用信息處理能力強的MATLAB軟件，還有可視化界面較好的VB軟件，讓這兩款軟件很好地結合在一起，凸顯每一個軟件的突出之處，創建了一套全新的、可視化程度較高、數據處理較快的城市道路交通仿真系統。利用該系統可以很快實現數據的快速處理，提高了分析結果的可利用程度，真正實現了道路交通仿真系統的高標準、高效率的嚴格要求，大大地適應于各大中小城市道路交通的混合現狀，便于規劃部門的城市建設。

2 MATLAB和VB技術的聯合應用

經研究，在和國內外比較常用的道路仿真軟件作比較后發現，用來做城市道路交通仿真的軟件光國外就有上百個，眼下比較流行的也有數十種，但是真正能夠適應我國道路交通現狀的就寥寥無幾了。要想在我國進行道路交通，特別是城市道路交通進行仿真分析，如果一味的借用國外比較成熟的軟件很難解決我國的實際問題，這是由我國的現實情況決定的。歸根到底，國外核心軟件引用到我國以后其實只是解決表外的東西，真正核心的東西并沒有引用到我國來，這使得我國在利用國外仿真軟件方面受到極大的限制，對此在結合國內外比較成熟的仿真軟件的基礎上，借鑒軟件的突出之處，首先利用VB軟件創建一個人機交互的可視化界面，然后編程連接MATLAB軟件來進行數據的處理，最后進行數據的再處理和結果分析。

通過MATLAB和VB的聯合，比較直觀地顯示了用戶界面便于人機交互可視化，另外，利用MATLAB的數據處理能力，大大提升了城市混合交通仿真結果的準確性［4－5］。

通過兩個軟件聯合開發的仿真系統比較國外其它仿真軟件有著獨特的功能，更加切實地適應了我國的國情和道路交通狀況，有助于指導實際的交通規劃［6－8］。

國內外仿真軟件特點見表1。

表1 國內外仿真軟件特點

3 城市交通仿真系統結構與功能

通過MATLAB和VB聯合開發的城市交通仿真系統結構主要包含硬件和軟件兩部分。其中，硬件部分涉及到PC、數據采集卡、視覺傳感器、信號調節裝置等。該系統的框架結構如圖1所示。

圖1 仿真系統結構圖

該交通仿真系統主要包括5個具有各自特定功能的模塊，而且這幾個模塊之間既相互聯系，又相互制約，并且能夠實現資源的共享。

第1個模塊路口交通仿真主要針對的是實現道路交通中交叉路口處的行人、車輛、交通燈之間的流量監控，其中，界面可根據實際情況進行設置交叉路口的各項參數，包括行人、機動車以及非機動車的數量、行駛方向、所占的車道、拐彎的情景及紅綠燈對交通流量的控制等。

第2個模塊是選擇最適合的交通路徑，經過該系統的分析，可以為司機提供最適合的道路路線，節省行駛時間，大大提升了燃油的經濟性，減少了擁堵和控制了污染。另外對于行人而言，可以選擇最適合的出行路線，節省了時間。

第3個模塊為事故發生模擬，系統為了實現快速便捷、準確時效，主要選擇道路交通中典型的實例進行分析、計算、仿真、規劃。通過該模塊可以用來增強居民的出行安全意識，以此來提高人們城市道路行駛的安全意識。

第4個模塊是事故發生原因分析，通過分析發生事故的原因，發現事故的主要責任方，便于保險公司的勘測，主要目的就是通過該模塊進行分析，得出事故發生的原因，并且能夠通過分析數據在以后的道路交通中做到如何避免類似事故的發生。大大提升城市道路交通的安全性。

第5個模塊為交通數量的預測，在已有數據的基礎上，通過調查城市人口的增長速度以及城市的建設規劃，預測出未來幾年城市道路交通的前景，便于道路規劃部門進行系統、準確的建設和完善。

4 城市交通仿真系統實現過程

通過該系統對城市道路交通進行仿真的過程，針對每一個模塊都采用與之相適合的算法進行計算來實現每一個模塊的功能，其中，交通仿真模塊采用的是函數曲線擬合的方法，它們所表示的是數據之間呈現一種函數關系，而這種關系便是數據處理的方法。

結合實際情況，針對交通仿真模塊進行展開分析，通過分析城市道路的混合交通量，更加切實的反映城市道路的建設以及交通的規劃情況。

4.1 路口交通仿真模塊編程

交叉路口的交通仿真是建立在十字路口的車流量、行人數量以及紅綠燈對人和車的控制的基礎上所做的仿真分析。但是，在研究路口道路的交通流量過程中，往往由于行人的隨意性太大而使得軟件計算起來比較復雜，文中成功有效地借助了MATLAB工具對信號采集的路口進行數據分析，找出符合數據大體趨勢的合適函數。最后利用軟件VB進行編輯，把MATLAB的命令融入到VB所編輯的界面中去。

4.2 路口交通仿真模塊仿真結果

通過MATLAB及VB的聯合仿真分析，得到某交通路口的交通流量，如圖2所示。

經分析圖2中兩個方向的車流量并進行計算，得到由東向西方向的車流量和由西向東方向的車流量，分別見表2和表3。

對上述兩表中的數據分別進行擬合后，得到從東向西方向的擬合曲線和從西向東方向的擬合曲線，如圖3所示。

圖2 某路口全天交通流量

圖2 由東向西方向的車流量

圖3 由西向東方向的車流量

圖3 觀測數據擬合曲線

4.3 路口交通仿真模塊仿真結論分析

對于路口交通車流量的分析作用主要是調整路阻，減少城市道路交通的堵塞和不安全因素。在初始仿真時，或者是車流量較小時，由圖3可知，發生在4：00到5：00這個階段，車流量值很小，因此，對擬合的周期起止點設定在4：00這個時間點。通過仿真結果的計算分析，觀測到的數據流量曲線和擬合后得到的曲線基本相符，因此表明該仿真結果相似度比較高，結果準確有效。另外，可以比較發現該系統仿真的結果與該路口的實際情況相近，在對該路口的實際情況進行調查過程中得知，該交通路口車流量直行、左轉和右轉的比例一般在32%～47%，18%～36%和21%～43%。而在系統的仿真計算中也可以看出比較類似的情況。因此，進一步驗證該系統的有效性。

4.4 根據仿真結果進行路口交通的規劃

1）路口的支路對交通路口的交通流量有一定的制約作用，因此，相應地改善支路的路阻以及支路的交通狀況有助于改善城市交叉路口的道路現狀。

2）僅僅局限于降低路口的路阻并不是解決問題的關鍵，合理的分配流量才能使得道路交通公路網中的每一條線路都能盡可能地發揮其作用。

3）在有效的范圍內提高車流的速度對交通路口車流量的改善有質的提升，比如對道路進行加寬，禁止左轉等措施都可以提升車流的行駛速度，使路口交通狀況得到改善。

5 結 語

綜上所述，將MATLAB與VB結合起來，充分發揮各自的優點，能夠很好地實現數據的實時采集、處理、曲線繪制、結果分析等功能于一體。該系統的界面比較直觀易懂、各個模塊的計算方法合理恰當、人機交互程度高、數據處理能力強，能夠很好地提升城市交通道路的規劃，并能產生良好的社會效益和社會的便捷性，發展前景十分廣闊。

［1］李剛.多信息融合技術的城市交通監控系統的研究［J］.傳感技術學報，2006（6）：101-103.

［2］王建聰.城市公共交通樞紐換乘組織仿真研究［J］.交通運輸系統工程與信息，2006（6）：96-102.

［3］潘燕.用于城市交通的直線電機推進系統［J］.變流技術與電力牽引，2006（5）：46-50.

［4］佘新平，張弦.基于MATLAB的實時數據采集與分析系統的實現［J］.長江大學學報：A，2006（4）：80-83.

［5］胡紅波.基于Matlab神經網絡的水下目標識別［J］.情報指揮控制系統與仿真技術，2005（5）：52-54.

［6］丁吉，姜濤.基于Matlab的FIR數字濾波器的設計［J］.長春工業大學學報：自然科學版，2006，27（3）：254-257.

［7］蔣靜芝，孟相如，莊緒春，等.基于MATLAB／VB的網絡故障診斷軟件設計［J］.計算機測量與控制，2010（6）：1440-1442.

［8］朱濱峰，徐桂云，李俊敏.VB與MATLAB混合編程在動態測量誤差處理中的應用［J］.上海計量測試，2006（4）：16-19.

Urban traffic vision simulation

ZHI Min

（Information Department of Vocational and Technical College of Panjin，Panjin 124000，China）

With MATLAB and VB software，five function simulation models of the urban traffic are established，which include the intersection traffic model，the optimal path model，the traffic accident model，the accident tree model and traffic prediction model.By using the VB based interface，we study the traffic data with a curve fitting function to get the corresponding measures.

MATLAB；VB；urban transport；virtual simulation.

TP 391.9

A

1674-1374（2014）01-0106-05

2013-12-05

遼寧省高等教育教學改革研究項目（2007140D459）

直 敏（1979－），女，漢族，遼寧盤錦人，盤錦職業技術學院講師，碩士，主要從事程序設計方向研究，E-mail：zhiminyjs＠163.com.