城市交通视觉仿真

直 敏

（盘锦职业技术学院信息系，辽宁盘锦 124000）

城市交通视觉仿真

直 敏

（盘锦职业技术学院信息系，辽宁盘锦 124000）

基于MATLAB和VB仿真软件，建立了城市交通路口交通量、最佳路径、交通事故、事故树和交通量预测5个仿真模块。利用VB建立系统界面，调用MATLAB对路口交通量进行仿真分析，采用函数曲线拟合法对数据进行了处理，得到了相应的规划措施。

MATLAB；VB；城市交通；虚拟仿真

0 引 言

城市交通在城市道路建设方面占有十分重要的地位。当前，我国城市交通仿真领域中人机交互功能、用户界面可视化、各种交通仿真系统都各有不同。但是，在较多的城市建设中，通常会遇到比较多的信息，而这些信息复杂多变，难以预测，因此，需要准确及时地对这些数据进行处理、分析、评价［1－4］。

1 城市交通仿真研究现状

上个世纪初期，我国各大高等院校以及科研机构便开始利用城市交通仿真系统对城市道路建设进行仿真分析。因此，国外以及国内相关的仿真软件开始涌入中国市场，目前，已经开始尝试将仿真软件应用于城市交通的仿真实验，利用仿真结果对城市交通进行评价、治理，并取得了尝试性的成功。但是，由于我国国情的限制以及客观因素的影响，城市交通的仿真研究起步比较晚，并且由于技术的落后发展也相当缓慢。存在这种现象的主要原因有如下几个方面的问题。

1.1 城市交通仿真系统建模困难

在我国，各大中城市基本都是混合交通，这使得在系统仿真进行建模的时候变得十分困难，城市道路交通车流中，机动车、非机动车、人群及其它车种相互混合，并且同时行驶，这是我国城市道路交通的鲜明特点，另外，城市人口的随意流动性太大，很容易导致交通秩序的混乱。因此，在这种交通比较复杂、随意流动性比较大的情况下，想要建立一个比较符合实际交通行为的系统仿真模型确实有一定的难度。

1.2 城市交通仿真软件落后

由于国情等客观因素的限制，城市交通仿真研究在我国的应用起步较晚，并且还没有得到广泛的认可。从现在的研究成果来看，我国的交通仿真软件还仅仅局限在探索与模仿的阶段，因此到目前为止，还没有一个比较系统化的仿真软件，既能解决我国交通的实际问题，又能使得可视化程度较高。虽然有人曾经尝试移用国外的仿真软件到中国来，但是，由于软件开发环境的不同，以及我国城市道路建设的不同和人车流量的随意性等原因，造成国外的软件均没有达到理想的效果。

针对上述我国城市交通仿真研究中存在的不足以及单个仿真软件的局限性，为了更好、更准确地反映实时的城市交通现状和规划需求。因此，为了解决上述问题以及弥补单个软件的劣势，取用信息处理能力强的MATLAB软件，还有可视化界面较好的VB软件，让这两款软件很好地结合在一起，凸显每一个软件的突出之处，创建了一套全新的、可视化程度较高、数据处理较快的城市道路交通仿真系统。利用该系统可以很快实现数据的快速处理，提高了分析结果的可利用程度，真正实现了道路交通仿真系统的高标准、高效率的严格要求，大大地适应于各大中小城市道路交通的混合现状，便于规划部门的城市建设。

2 MATLAB和VB技术的联合应用

经研究，在和国内外比较常用的道路仿真软件作比较后发现，用来做城市道路交通仿真的软件光国外就有上百个，眼下比较流行的也有数十种，但是真正能够适应我国道路交通现状的就寥寥无几了。要想在我国进行道路交通，特别是城市道路交通进行仿真分析，如果一味的借用国外比较成熟的软件很难解决我国的实际问题，这是由我国的现实情况决定的。归根到底，国外核心软件引用到我国以后其实只是解决表外的东西，真正核心的东西并没有引用到我国来，这使得我国在利用国外仿真软件方面受到极大的限制，对此在结合国内外比较成熟的仿真软件的基础上，借鉴软件的突出之处，首先利用VB软件创建一个人机交互的可视化界面，然后编程连接MATLAB软件来进行数据的处理，最后进行数据的再处理和结果分析。

通过MATLAB和VB的联合，比较直观地显示了用户界面便于人机交互可视化，另外，利用MATLAB的数据处理能力，大大提升了城市混合交通仿真结果的准确性［4－5］。

通过两个软件联合开发的仿真系统比较国外其它仿真软件有着独特的功能，更加切实地适应了我国的国情和道路交通状况，有助于指导实际的交通规划［6－8］。

国内外仿真软件特点见表1。

表1 国内外仿真软件特点

3 城市交通仿真系统结构与功能

通过MATLAB和VB联合开发的城市交通仿真系统结构主要包含硬件和软件两部分。其中，硬件部分涉及到PC、数据采集卡、视觉传感器、信号调节装置等。该系统的框架结构如图1所示。

图1 仿真系统结构图

该交通仿真系统主要包括5个具有各自特定功能的模块，而且这几个模块之间既相互联系，又相互制约，并且能够实现资源的共享。

第1个模块路口交通仿真主要针对的是实现道路交通中交叉路口处的行人、车辆、交通灯之间的流量监控，其中，界面可根据实际情况进行设置交叉路口的各项参数，包括行人、机动车以及非机动车的数量、行驶方向、所占的车道、拐弯的情景及红绿灯对交通流量的控制等。

第2个模块是选择最适合的交通路径，经过该系统的分析，可以为司机提供最适合的道路路线，节省行驶时间，大大提升了燃油的经济性，减少了拥堵和控制了污染。另外对于行人而言，可以选择最适合的出行路线，节省了时间。

第3个模块为事故发生模拟，系统为了实现快速便捷、准确时效，主要选择道路交通中典型的实例进行分析、计算、仿真、规划。通过该模块可以用来增强居民的出行安全意识，以此来提高人们城市道路行驶的安全意识。

第4个模块是事故发生原因分析，通过分析发生事故的原因，发现事故的主要责任方，便于保险公司的勘测，主要目的就是通过该模块进行分析，得出事故发生的原因，并且能够通过分析数据在以后的道路交通中做到如何避免类似事故的发生。大大提升城市道路交通的安全性。

第5个模块为交通数量的预测，在已有数据的基础上，通过调查城市人口的增长速度以及城市的建设规划，预测出未来几年城市道路交通的前景，便于道路规划部门进行系统、准确的建设和完善。

4 城市交通仿真系统实现过程

通过该系统对城市道路交通进行仿真的过程，针对每一个模块都采用与之相适合的算法进行计算来实现每一个模块的功能，其中，交通仿真模块采用的是函数曲线拟合的方法，它们所表示的是数据之间呈现一种函数关系，而这种关系便是数据处理的方法。

结合实际情况，针对交通仿真模块进行展开分析，通过分析城市道路的混合交通量，更加切实的反映城市道路的建设以及交通的规划情况。

4.1 路口交通仿真模块编程

交叉路口的交通仿真是建立在十字路口的车流量、行人数量以及红绿灯对人和车的控制的基础上所做的仿真分析。但是，在研究路口道路的交通流量过程中，往往由于行人的随意性太大而使得软件计算起来比较复杂，文中成功有效地借助了MATLAB工具对信号采集的路口进行数据分析，找出符合数据大体趋势的合适函数。最后利用软件VB进行编辑，把MATLAB的命令融入到VB所编辑的界面中去。

4.2 路口交通仿真模块仿真结果

通过MATLAB及VB的联合仿真分析，得到某交通路口的交通流量，如图2所示。

经分析图2中两个方向的车流量并进行计算，得到由东向西方向的车流量和由西向东方向的车流量，分别见表2和表3。

对上述两表中的数据分别进行拟合后，得到从东向西方向的拟合曲线和从西向东方向的拟合曲线，如图3所示。

图2 某路口全天交通流量

图2 由东向西方向的车流量

图3 由西向东方向的车流量

图3 观测数据拟合曲线

4.3 路口交通仿真模块仿真结论分析

对于路口交通车流量的分析作用主要是调整路阻，减少城市道路交通的堵塞和不安全因素。在初始仿真时，或者是车流量较小时，由图3可知，发生在4：00到5：00这个阶段，车流量值很小，因此，对拟合的周期起止点设定在4：00这个时间点。通过仿真结果的计算分析，观测到的数据流量曲线和拟合后得到的曲线基本相符，因此表明该仿真结果相似度比较高，结果准确有效。另外，可以比较发现该系统仿真的结果与该路口的实际情况相近，在对该路口的实际情况进行调查过程中得知，该交通路口车流量直行、左转和右转的比例一般在32%～47%，18%～36%和21%～43%。而在系统的仿真计算中也可以看出比较类似的情况。因此，进一步验证该系统的有效性。

4.4 根据仿真结果进行路口交通的规划

1）路口的支路对交通路口的交通流量有一定的制约作用，因此，相应地改善支路的路阻以及支路的交通状况有助于改善城市交叉路口的道路现状。

2）仅仅局限于降低路口的路阻并不是解决问题的关键，合理的分配流量才能使得道路交通公路网中的每一条线路都能尽可能地发挥其作用。

3）在有效的范围内提高车流的速度对交通路口车流量的改善有质的提升，比如对道路进行加宽，禁止左转等措施都可以提升车流的行驶速度，使路口交通状况得到改善。

5 结 语

综上所述，将MATLAB与VB结合起来，充分发挥各自的优点，能够很好地实现数据的实时采集、处理、曲线绘制、结果分析等功能于一体。该系统的界面比较直观易懂、各个模块的计算方法合理恰当、人机交互程度高、数据处理能力强，能够很好地提升城市交通道路的规划，并能产生良好的社会效益和社会的便捷性，发展前景十分广阔。

［1］李刚.多信息融合技术的城市交通监控系统的研究［J］.传感技术学报，2006（6）：101-103.

［2］王建聪.城市公共交通枢纽换乘组织仿真研究［J］.交通运输系统工程与信息，2006（6）：96-102.

［3］潘燕.用于城市交通的直线电机推进系统［J］.变流技术与电力牵引，2006（5）：46-50.

［4］佘新平，张弦.基于MATLAB的实时数据采集与分析系统的实现［J］.长江大学学报：A，2006（4）：80-83.

［5］胡红波.基于Matlab神经网络的水下目标识别［J］.情报指挥控制系统与仿真技术，2005（5）：52-54.

［6］丁吉，姜涛.基于Matlab的FIR数字滤波器的设计［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2006，27（3）：254-257.

［7］蒋静芝，孟相如，庄绪春，等.基于MATLAB／VB的网络故障诊断软件设计［J］.计算机测量与控制，2010（6）：1440-1442.

［8］朱滨峰，徐桂云，李俊敏.VB与MATLAB混合编程在动态测量误差处理中的应用［J］.上海计量测试，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

辽宁省高等教育教学改革研究项目（2007140D459）

直 敏（1979－），女，汉族，辽宁盘锦人，盘锦职业技术学院讲师，硕士，主要从事程序设计方向研究，E-mail：zhiminyjs＠163.com.