系统仿真在交通运输领域的应用

系统仿真在交通运输领域的应用滕靖讲师.博士2007年3月16日汇报大纲•系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•系统仿真在道路交通中的应用•系统仿真在物流管理中的应用第一部分：系统仿真在铁路及轨道交通中的应用概述1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•轨道交通调度监控仿真系统–基本功能列车时刻表管理自动或人工调整列车运行计划列车运行实时模拟1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•轨道交通调度监控仿真系统–应用的模型列车时刻表模型：满足相邻列车追踪间隔、站上停留时间、区间运行时间要求，并由此得到列车具体到站、离站时间。实体模型：列车实体、路轨实体、信号灯实体、折返线实体以及通岔实体。模拟故障模型：围绕运行情况，引入设备故障或通信故障来模拟真实环境的运行。评估模型：通过复合运行图来比较计划运行图与实际运行图的差别，以优化调度。1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•轨道交通调度监控仿真系统–仿真对象实体：轨道、车站、列车、车场等。时间推进事件对象：对应列车操作中的现实事件，可以是车门打开、车门关闭、列车离开车站等。运动推动事件对象：对应列车运行过程中的现实事件，如列车开始离站出发、列车开始进站刹车等。1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–德国汉诺威大学运输研究所IVE开发的轨道交通仿真软件。–主要用途：（1）新线和既有线的列车时刻表的编制；（2）对轨道交通基础设施状况进行评估；（3）对正常和异常事件下的列车运行图可靠性进行分析；（4）对列车运行调度方案进行评估。1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–路网及基础设施建模主要是实体描述，建模内容及参数包括：区段线路长度区间划分站线分布坡度和半径允许速度电气化情况信号系统情况（进路和道岔、信号机、连锁技术、闭塞区段重叠情况）1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–路网及基础设施建模路网实体宏观建模1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–路网及基础设施建模构造区间、道岔组、站线及信联闭设备模型及相关参数1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–基于路网的车流径路搜索网车流径路搜索功能1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–车站列车运行径路搜索车站列车运行径路搜索功能1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–列车开行方案及运行图模拟1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–列车运行仿真1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–列车运行仿真——信号闭塞1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–列车运行仿真——列车运行时间计算及分析1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•列车运行仿真——运行组织片断分解示意1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–行车调度处置方案仿真评价1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–列车运行延误仿真评价1.系统仿真在铁路及轨道交通中的应用•RailSys轨道交通仿真软件–远程仿真实验（登陆IVE网站）第二部分：道路交通仿真技术应用概述2.系统仿真在道路交通中的应用•道路交通仿真概述–道路交通仿真是复现道路交通流时间空间变化的技术，是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用。–根据交通仿真模型对交通系统描述的细节程度的不同，道路交通仿真可分为宏观仿真、中观仿真和微观仿真。–道路交通仿真软件是为智能运输系统（IntelligentTransportSystem,ITS）主要评价手段。2.系统仿真在道路交通中的应用•宏观交通仿真模型–宏观模型的重要参数是车辆速度、密度和流量。–描述集聚性的宏观模型，对车道变换之类的细节行为可能根本不予以描述。–主要用于研究交通基础设施的新建与扩建及宏观管理措施等。2.系统仿真在道路交通中的应用•中观交通仿真模型–中观交通仿真模型对交通流的描述往往以若干辆车构成的队列为单元，能够描述队列在路段和节点的流入和流出行为。–就每辆车而言，车道变换被描述成建立在相关车道的实体基础上的瞬时决策事件，而非细致的车辆间相互作用。2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真模型–微观模型对交通流的描述是以单个车辆为基本单元的，车辆在道路上的跟车、超车及车道变换行为等微观行为都能够非常细致和真实的反映出来。–微观模型的重要参数是每辆车的当前速度和位置。–在描述和评价路网交通流状况方面具有传统数学模型所无法比拟的优越性2.系统仿真在道路交通中的应用•国际著名交通仿真软件名称及研发机构表•微观交通仿真流程开始读入道路网等仿真参数，定义仿真案例对系统进行初始化更新交通信号、标志、及事件状态计算与时间关联的最短路更新OD列表，产生车辆并加入到虚拟队列从虚拟队列中将车辆调入网络计算车辆加速率是否需要换道换道安全否选择期望车道转移到期望车道推进车辆并更新速度是否激活检测器感应交通信号控制模块是否到达车道终点从网络中删除该车辆将车辆送入下一车道更新用户图形界面，计算效率指标，发布网络状态仿真是否中止终止NYNYYN推进模拟时钟2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真模型的功能–(1)观察功能：仿真模型可根据实际情况中驾驶员的视觉范围观察周围的道路交通情况，在仿真模型视觉范围内的道路交通状况将影响驾驶员的驾驶行为选择，主要包括其他车辆的运行情况、道路几何情况、交通信号灯、交通标志线的功能，以及不为驾驶员视觉所能观察到的但可通过其他途径所知晓的交通信息情况；2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真模型的功能–(2)判断和分析功能：实际路网中的道路交通情况复杂多变，如何对所观察到的道路交通情况进行分析并作出判断，则是交通仿真模型所必须具备的核心功能；–(3)行为功能：将判断和分析的结果付诸实施，通过这一功能来实现路网交通状态的更新。2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真模型的基本组成微观仿真模型基本上由两大部分组成：–（1）一部分是路网几何形状的精确描述，包括信号灯、检测器、可变信号标示等交通设施；–（2）另一部分是每辆车动态交通行为的精确模拟，这种模拟要考虑驾驶员行为并要根据车型加以区分。2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真模型的功能–(2)判断和分析功能：实际路网中的道路交通情况复杂多变，如何对所观察到的道路交通情况进行分析并作出判断，则是交通仿真模型所必须具备的核心功能；–(3)行为功能：将判断和分析的结果付诸实施，通过这一功能来实现路网交通状态的更新。2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真方法实现（1）车头时距随机数的产生；模拟的交通量的车头时距符合何种分布产生了车头时距随机数2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真方法实现•（2）车头时距随机数的产生；①以某一地点为发车起点，用随机发生器产生一个车头时距随机数，作为此刻产生的新车1的车头时距，记下此刻的时间；②把这辆新车1插入到描述车队的模板指针集合类的队尾；③处理从车队的头元素至倒数第二个尾元素之间的所有车辆元素的运动状态；④判断用此时的系统时间减去产生新车1的时刻是否大于新车的车头时距，即发新车的时间到了没有；2.系统仿真在道路交通中的应用•微观交通仿真方法实现•（2）车头时距随机数的产生；⑤若到了则发这辆车，用随机发生器产生下一个随机数，作为下一辆新车2的车头时距；⑥把新车2插入到车队队尾，这时车1成为倒数第二个尾车；⑦处理车队的头元素和倒数第二个尾元素的运动状态，则新发出的车1也即倒数第二个尾元素进入了运动处理程序，开始在道路上运动起来。按此流程依次循环下去，就能实时地模拟车辆的到达及运动。•微观交通仿真流程开始读入道路网等仿真参数，定义仿真案例对系统进行初始化更新交通信号、标志、及事件状态计算与时间关联的最短路更新OD列表，产生车辆并加入到虚拟队列从虚拟队列中将车辆调入网络计算车辆加速率是否需要换道换道安全否选择期望车道转移到期望车道推进车辆并更新速度是否激活检测器感应交通信号控制模块是否到达车道终点从网络中删除该车辆将车辆送入下一车道更新用户图形界面，计算效率指标，发布网络状态仿真是否中止终止NYNYYN推进模拟时钟开始读入道路网等仿真参数，定义仿真案例对系统进行初始化更新交通信号、标志、及事件状态计算与时间关联的最短路更新OD列表，产生车辆并加入到虚拟队列从虚拟队列中将车辆调入网络计算车辆加速率是否需要换道换道安全否选择期望车道转移到期望车道推进车辆并更新速度是否激活检测器感应交通信号控制模块是否到达车道终点从网络中删除该车辆将车辆送入下一车道更新用户图形界面，计算效率指标，发布网络状态仿真是否中止终止NYNYYN推进模拟时钟开始读入道路网等仿真参数，定义仿真案例对系统进行初始化更新交通信号、标志、及事件状态计算与时间关联的最短路更新OD列表，产生车辆并加入到虚拟队列从虚拟队列中将车辆调入网络计算车辆加速率是否需要换道换道安全否选择期望车道转移到期望车道推进车辆并更新速度是否激活检测器感应交通信号控制模块是否到达车道终点从网络中删除该车辆将车辆送入下一车道更新用户图形界面，计算效率指标，发布网络状态仿真是否中止终止NYNYYN推进模拟时钟第三部分物流仿真技术物流仿真系统的功能细分物流仿真系统的功能细分物流仿真系统的功能•真实的物流系统在研究中，通常都被抽象成一个两级库存系统，这个两级库存系统中有一个配送中心和若干个零售商，零售商处有各自的顾客需求，配送中心向零售商补货。这样的两级库存系统模型被称为SWMR（SingleWarehouseMulti-Retailer）或者OWMR（OneWarehouseMRetailer）系统。•对这样的SWMR系统的研究可以分为两个层次：在点的层次上的研究包括配送中心的布局规划、货物存取和订单分拣等；在面的层次上的研究包括配送中心的选址，配送中心和零售商的库存管理策略，配送路径规划策略等。第三方物流配送模型Flexsim物流仿真系统Flexsim是美国Flexsim公司开发的迄今为止世界上第一个在图形环境中集成了C++IDE和编译器的仿真软件。目前已被广泛应用于物流系统规划设计、物流网络设计与优化、交通运输规划、供应链设计等领域。在国外的物流领域已广泛应用仿真技术，如UPS、加拿大邮政、日本村田公司LGPhilips、西门子等。Flexsim物流仿真系统（1）评估物流行业资产项目（2）测试物流生产计划（3）评估装备与流程设计（4）减少库存,提高现有仓库的运行能力（5）设计物流中心系统，发现并诊断物流中心的设计缺陷（6）缩短制造物流行业产品上市时间（7）提高物流公司与资源使用的运行效率