实时动态交通流模拟与系统VIP

实时动态交通流模拟与预测系统总体设计方案该系统对计算机硬件和软件的要求： 普通PC机， 内存16M以上，WINDOWS98及WindowsXP以上系列操作系统，matlab6.0以上应用软件。实时交通流模拟与预测系统具有良好的用户界面，只要在matlab的环境下，键入控制模块命令即可进入图形用户交互界面，不需任何训练即可熟练操作。2 模拟与预测系统的功能模块该系统主要分为下面4 个功能模块：初始化配置模块，负责原始数据的录入和处理，生成和存贮训练、检验样本数据；同时负责初始化参数的输入；训练模块，负责对路网中的每条路段确定最优的模拟与预测网络；模拟与预测模块，负责模拟训练用的目标数据，并计算下一时刻的交通流量预测值；结果显示模块，让用户可以对模拟与预测结果进行直观的查看和分析，以提供路网中所有路段的模拟与预测结果图形的绘制。模拟与预测系统的逻辑模块及其间关系整个系统在逻辑上分为配置模块、计算模块、结果显示模3 配置模块和控制模块的实现配置模块负责模拟与预测开始时训练样本、检验样本的生成和存贮，初始参数的配置。由于交通流量的数值较大，应对其进行一定的预处理，如归一化、极值化或等比变换。通过这些变换可有效地缩短支持向量网络训练时间，从而加快网络收敛速度。在模拟与预测过程中，控制模块负责模拟与预测的暂停、继续操作，方便使用者调用、观察当前的状态数据。控制模块还负责调用预测模块和显示模块，产生图形用户界面。计算模块的实现计算模块包括训练和预测模块，是整个系统的核心模块，负责参数、核函数的选取和各种数据的产生。训练子模块首先根据路段代码调用该路段的训练样本输入数据和训练样本目标数据，利用最小二乘支持向量方法训练网络，然后根据网络在检验样本数据集上泛化性能的优劣选取网络的最优参数和核函数，确定网络结构。模拟和预测模块调用训练好的网络对新输入的某一时刻样本数据计算下一时刻的交通流量预测值，并模拟训练用的目标数据。 结果显示模块的实现实时交通流模拟与预测过程显示的目的是为了尽量简洁直观地向用户展示模拟和预测结果。利用8(AC(3 的图形用户界面（DEF）功能设计了良好的人机交互图形界面。用户只需输入路网中任意路段的名称代码和该路段及其相关路段当前交通流量数据，就会根据计算模块计算下一时刻的预测值，并根据状态数据绘制训练样本的模拟预测曲线和下一时刻预测值点。4 数据库设计数据库主要存储系统中显示、查询、分析等需要的实时信息以及统计所需的历史信息交通路况信息传播系统中的信息主要是道路基本信息和相应的地理特征、时间和描述信息，如道路是双或单向线路、绿化带、路口、高架道路、交通管制区域、河流、高速公路、道路施工处、突发事故处等信息这些信息可以分为空间信息和属性信息，为此，本系统中分别用空间数据库和属性数据库来保存空间数据库的构建. 首先，对市区内的道路地理信息进行点线面的分类，以便建立相应的地物类实体，其中将各类路口、高架道路、交通管制区域以及绿化带等视为是面类实体，而将道路双线图、河流、高速公路和外环线等归为线类实体，至于道路施工处、突发事故处等归为点类实体为了便于管理和应用开发，将图形数据分层管理具体按“纵向分层，横向分块”3 方式进行组织所谓纵向分层是指按数据的性质分类，性质相同或相近的归并到一起，形成一个数据层；横向分块是指按数据空间分布将数据划分为规则的或不规则的块属性数据库的构建. 属性数据库主要存储与空间信息密切相关的地理特征信息和描述信息在进行属性数据库设计时，根据数据流程图的分析，建立概念数据库即实体关系的模型，并将其转换成相应的数据库逻辑结构，然后利用数据库管理系统DBMS提供的数据描述语言DDL完成数据库各种表结构的定义，将实体关系转换成关系数据库模型本系统中，分别建立突发信息、道路施工信息、管制信息等属性数据表5 基于GIS建立分层仿真路网模型的优点GIS 融计算机图形学和数据库于一体，对空间数据信息及描述这些空间数据特性的属性数据进行存储和处理，并把地理位置和属性信息有机结合，根据对空间信息的实际需求准确真实地进行再现!GIS 的可视化表达和空间分析功能，使人们还可以方便地进行各种辅助决策支持系统的研究!GIS 有一个很大的特点，就是把空间数据信息分层表示和存储，并根据用户对地图缩放比例的大小显示不同的图层，当缩放比例小时只显示宏观的、复合的地理要素，当缩放比例大时则详细地显示微观的、简单的地理要素.基于GIS的仿真路网模型就是根据GIS 的这一特点，在一张城市GIS 地图的基础上生成仿真路网，将仿真路网也分层表示，分成宏观路网模型、中观路网模型和微观路网模型，使用时根据用户设置的缩放比例分别显示各层路网! 当需要进行宏观仿真，如通过流-密-速关系模型来分析交通流的特性或进行交通流分配时则使用宏观路网模型；当需要进行中观仿真，如描述车队在路段和节点的运动行为时使用中观路网模型；当进行微观仿真，如模拟单个车辆跟车换道时使用微观路网模型!各层路网模型关系根据GIS的特点和交通仿真系统的要求，我们可以将仿真路网模型分为3 层! 第1层是车道和车道联结点层，属于微观路网模型；第2层是路段和路段结点层，属于中观路网模型；第3层是道路和道路交叉点层，属于宏观路网模型! 车道、路段和道路之间是聚合关系，同方向的车道聚合成路段，不同方向的路段聚合成道路，它们的关系如图2所示!道路是宏观路网中不分方向的一段，道路可能由两条不同方向的路段组成，如图)2（b），也可能由一条路段组成；路段是中观路网中分方向的一段，路段由一条或多条同方向的车道组成，如图2（c）；车道是微观路网中分方向的一段，是整个路网模型的基本元素，道路和路段都是由车道构成的!车道联结点、路段结点和道路交叉点之间也是聚合关系，它们的关系如图3 所示!道路交叉点是两条或多条道路的交点，如图3(a)所示；路段结点是两条路段的交点，如图3（b）；车道联结点是两条车道的交点，如图3（c）!6 各层仿真路网模型数据结构实现由于不同的交通仿真系统具有不同的仿真要求和不同的仿真路网，所以要根据具体的交通仿真内容和具体路网来设计路网数据结构，供仿真系统内核使用# 路网的空间地理位置可以直接通过GIS地图获得，而一些属性数据则需要考虑具体仿真系统的仿真要求来设立，通常需要考虑以下属性：路段的几何特性：路段的代号、路段名、路段长度、路段的起始点、路段的终止点、方向及各个方向上的车道数、车道的宽度及速度限制等路面检测装置：公路流量检测装置有无、流量检测装置种类（线圈、雷达、视频）、每车道是否都有检测器、特殊检测器装置道路交通情况：路段的起始点交通流量、交通流中各类车型所占比例、路段的日平均流量、早晚高峰期交通流量分布、各方向的冲突点等信号控制装置：路段入口控制类型、交通信号控制、信号控制状态等可变信号装置：路段上可变信号装置有无、可变信号的条目数 7 层仿真路网模型数据结构层仿真路网模型包括道路和道路交叉点，因为不同交通仿真系统的要求不同，描述道路和道路交叉点的属性也不同，表1 和表2 列出的是道路和道路交叉点的基本属性在道路和道路交叉点的属性中，道路宽度、交叉点X坐标和Y坐标是通过GIS地图直接生成的，其他一些属性则是根据仿真系统的具体内容和要求设置8 层仿真路网模型数据结构层仿真路网模型包括路段和路段结点，不同交通仿真系统要求的路段和路段结点属性也不同，表3和表4的是路段和路段结点的基本属性仿真路网模型数据结构层仿真路网模型包括车道和车道联结点，因为不同交通仿真系统的要求不同，描述车道和车道联结点的属性也不同，表5表6出的是车道和车道联结点的基本属性9 仿真路网模型数据结构的语言实现当使用面向对象的编程语言来实现仿真系统时，可以将道路、道路交叉口、路段、路段结点、车道和车道联结点封装成类，将仿真系统需要用到的属性和方法封装到类中，以道路类为例子，用C+语言实现道路类如下：Class Road private: int roadID; /道路编码 CString raodName; /道路名称 int sInteresection; /道路起始交叉点编码int eIntersection; /道路终止交叉点编码float width; /道路总