交通管控方案計算實驗與評估系統功能設計

米愛中

摘 要：文章基于ACP方法體系中的計算實驗理論，構建智能交通管控方案評估及優化平臺。作為該平臺組成部分之一的交通管控與服務方案計算實驗與評估系統，包含計算實驗資源與設置和計算實驗運行環境兩個主要功能模塊。文章分別針對這兩個模塊，詳細描述了其功能設計。

關鍵詞：智能交通；計算實驗；評估

中圖分類號：U491.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）17-0001-02

1 概 述

對交通解決方案進行全面、準確、及時地評估和優化是交通研究中急需解決的問題之一。評估及優化工作面臨的主要制約因素是評價實驗難以開展。中國科學院王飛躍研究員帶領的團隊在交通管控的研究與實踐中引入復雜系統和智能控制的相關成果，提出了平行交通系統控制與管理的理念。該理念基于人工系統（Artificial systems）、計算實驗（Computing experiments）和平行控制（Parallel control）所組成的方法體系，簡稱為ACP方法。基于人工交通系統的計算實驗設計為交通方案的評價提供了新的實驗手段，這種實驗方法在提高可實施性的同時，能提供更為全面、合理的評價結果，對保障交通管理控制系統的大規模應用與實施具有重要意義。

基于ACP方法體系中的計算實驗理論，構造智能交通管控方案評估及優化平臺。該平臺由交通信息處理與分析系統、交通管控與服務方案計算實驗與評估系統和交通人員學習與培訓系統三個部分組成。交通管控與服務方案計算實驗與評估系統基于搭建的人工交通仿真系統，模擬真實的智能交通系統的能力，通過海量交通數據的計算實驗，完成對智能交通系統各個層面管控與服務方案的學習與優化，提高管控與服務方案的效果，并進一步完善智能交通系統管控與服務方案的決策支持庫。該系統由計算實驗資源與設置和計算實驗運行環境兩個功能模塊構成。本文將分別針對這兩個模塊，詳細描述其功能設計。

2 計算實驗資源與設置

該模塊分為城市交通生成器、城市交通管理生成器、城市交通環境生成器和城市交通實驗場景生成器四個部分。

2.1 城市交通生成器

包含以下三個生成器：

①城市交通及設施生成器，建立城市的路網、場所分布、線路、檢測設備，包含如下功能：

其一，基于人工交通系統生成各交通要素；其二，基于人工交通系統生成交通基礎設施。

②人口生成器，建立人口分類、人口的運動規則，包含如下功能：

其一，管理人口模型列表；其二，在列表中新建、移除及管理維護當前工作區的人口模型；其三，支持將其他人口模型文件加到當前工作區；其四，支持對人口模型的內容進行配置。

人口配置包含：人口數量與人口結構、人口年齡區間與比例分布、人口性別比例、人口出行交通工具選擇習慣、人口使用各種交通工具時的自由流習慣、 人口配置還包括以年份為單位生成該年內的人口構成；

③車輛生成器，建立車輛類型分類，包含如下功能：

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

2.2 城市交通管理生成器

包含三個方面的管理功能：

①信號控制，建立城市路網下的信號控制方案，可以為每一個信號機指定信號控制，包含如下功能：

其一，在列表中管理信號控制方案；其二，維護信號控制方案；其三，支持在列表中維護當前工作區內的信號控制模型；其四，信號控制模型必須針對一個路網進行設置；其五，信號控制模型中必須指定信號控制模式以及信號機、最大綠燈、最小綠燈；其六， 選擇路網后列出路網內的實路口進行路口機方案配置；其七，每個路口機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方案；其八，相位配置方案：每個路口機的控制方案中根據路口形狀進行相位配置；其九，相位配時方案：系統允許為每一個相位指定相位的綠燈時間、黃燈時間和紅燈時間；其十，一個路口機的方案的時長為綠燈時間+黃燈時間+紅燈時間；其十一，允許通過每個相位圖直觀的查看相位方案。

②信息發布，建立信息發布模型，包括接收率及發布周期，包含如下功能：

其一，以列表形式管理信息發布模型（允許增加、修改、刪除）；其二，指定信息發布模型中的是否有信息發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，維護交通管理模型；其三，交通管理模型必須制定對應的路網；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 城市交通環境生成器

包含三個方面功能：

①天氣環境，建立天氣類型，包含如下功能：

其一，在列表中維護天氣環境模型；其二，天氣環境模型指定了一種典型的天氣環境，通過降水強度、持續時間、造成能見度影響、風力進行描述；其三，天氣環境模型列表提供各種典型的天氣環境模型，供人工系統使用。

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，通過發生概率、事故影響嚴重程度、事故影響持續時間進行描述；其三，交通事故模型列表提供各種典型的交通事故模型，供人工系統使用。

③大型活動生成器，建立大型活動類型，包含如下功能：

其一，在列表中維護大型活動模型；其二，大型活動模型指定了一種典型的大型活動，通過活動類型、活動影響程度、活動持續時間進行描述；其三，大型活動列表提供各種典型的大型活動模型，供人工系統使用。

2.4 城市交通實驗場景生成器

建立實驗場景，一個實驗場景指定了一類典型實驗所包含的條件，可以根據實驗場景設計實驗，包含如下功能：

①在列表中管理實驗場景；

②支持預先根據實驗條件設計不同的實驗場景，以提供實驗設計時復用；

③實驗場景中必須指定一個路網；

④實驗場景中，必須根據選擇的路網選擇信號控制模型及交通管理模型；

⑤實驗場景中，可以指定多個天氣模型，并為每個模型指定發生的時間；

⑥實驗場景中，可以指定多個事故模型，并為每個模型指定發生的位置及時間；

⑦實驗場景中，可以指定多個大型活動模型，并為每個模型指定發生的位置及時間；

⑧實驗場景中，可以不指定天氣模型、事故模型及大型活動模型。

3 計算實驗運行環境

該模塊分為以下四部分：

①城市交通計算實驗設計器，選擇實驗條件因素，一次實驗設計中，除了路網，其余的都可以多選，表示設計不同條件因素的實驗，包含如下功能：

其一，支持兩種實驗設計方式：根據場景設計和根據實驗條件設計；其二，根據場景設計時，允許選擇同一個路網下的多個實驗場景；其三，根據實驗條件設計時，只允許選擇一個路網模型，其他模型可以設置多個；其四，設計實驗時，必須指定實驗的基本運行參數以及輸出設置；其五， 設計實驗時，如果根據實驗條件設計，必須指定實驗方式；其六，設計實驗時，必須指定路網、人口、車輛、信號控制、城市交通管理模型，否則實驗資源準備不充分。

②城市交通計算實驗生成器，選擇一次實驗設計，對設計中的實驗，生成實驗前的各種因素的xml文件，如出行需求等，包含如下功能：

其一，選擇實驗設計，列出包含的實驗；其二， 選擇準備生成的實驗，順序生成；其三，實驗生成實際上是準備實驗所必須的各種資源；其四， 實驗生成過程中，要對實驗的生成進行監控。

③城市交通計算實驗執行器，選擇設計好的實驗，調用人工系統順序開始執行系統，包含如下功能：

其一， 選擇實驗設計，從實驗設計中選擇已經生成的實驗開始執行（可以按照順序執行，每個實驗對應一個人工系統）；其二，執行實驗時，要求對實驗的執行過程進行監控。

④城市交通計算實驗查看器，選擇實驗結果，可以查看實驗結果的avi動畫、簡單交通流信息、實驗報告等，包含如下功能：

其一，以列表形式列出要查看的實驗；其二，對于查看的實驗以動畫回放的形式查看；其三，對于查看的實驗以圖表的形式查看；其四，對于查看的實驗以輸出報告的形式查看；其五，支持一次性選擇一個實驗，打開窗口（非模態）播放動畫；其六，當選擇一個實驗時，可以設置輸出哪些具體的路段；當選擇多個實驗時，只能輸出所有的路段；其七，允許設置是否輸出實驗平均值。

4 結 語

本文以智能交通管控與服務方案評估及優化問題為研究對象，基于ACP方法構建智能交通管控方案評估及優化平臺。針對該平臺組成部分之一的交通管控與服務方案計算實驗與評估系統，分別從計算實驗資源與設置和計算實驗運行環境兩個方面，詳細描述了其功能設計。

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