交通网络仿真技术研究

论文摘要

伴随城市的快速发展，交通问题急剧涌现，给交通研究带来新的课题。主要体现在两个方面：一是由于交通问题错综复杂，难以建模分析其特性；二是现有交通仿真工具无法真实有效的模拟现实交通网络的规模和复杂性。本文分析二者产生的根本原因，提出新的交通网络模型。通过分析现有查询算法，提出离散范围查询算法。该算法将交通网络离散化，建立道路、车道、离散车道三级查询索引结构，实现快速准确定位。现有交通网络模型主要将交通网络抽象成网络图进行研究分析。经过分析发现这类模型忽略交通网络中车辆换道、车辆分流、车辆合流和车辆会车等极为重要的连接信息。因此，本文提出车道网络概念，将道路和路口分别抽象为多条车道和虚车道，建立基于车道的对偶交通网络模型。该模型能描述任何交通网络，并准确表达交通网络车道之间的出入关系、换道关系、合流关系和会车关系。通过分析以查询对象为索引的传统查询算法，总结出交通仿真对象大小的有限性、交通仿真查询的局域性以及交通网络范围的有限且连续等特点。然后基于传统交通网络模型和车道对偶交通网络模型，提出离散范围查询算法。该算法在不失仿真精度的情况下，将交通网络离散化，以离散化的网络为索引，保证常数时间复杂度，实现点查询和范围查询算法。本文提出了三层交通网络仿真查询索引结构，其中道路级网络索引为第一级、车道级网络索引为第二级、离散车道索引结构为第三级。该索引结构将范围查询问题转换为一维查询问题，实现简单，查询精准、效率高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 城市交通相关简介
• 1.1.2 城市交通的迅速发展
• 1.1.3 城市交通面临的困难
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 交通仿真简介
• 2.1 计算机仿真简介
• 2.1.1 计算机仿真基本定义
• 2.1.2 计算机仿真工作流程
• 2.1.3 计算机仿真分布式框架
• 2.1.4 计算机仿真分类
• 2.2 交通仿真简介
• 2.2.1 交通仿真的定义
• 2.2.2 交通仿真系统分类
• 2.2.3 典型交通仿真软件的简单介绍
• 2.2.4 交通仿真系统评估标准
• 2.3 现有交通仿真系统的特点及比较
• 2.4 现有交通仿真系统存在的不足
• 2.5 小结
• 第三章 分布式交通仿真系统体系架构
• 3.1 分布式城市交通仿真系统简介
• 3.1.1 分布式交通仿真系统网络环境
• 3.1.2 分布式交通仿真系统设计目标
• 3.1.3 分布式交通仿真系统设计原则
• 3.2 分布式城市交通仿真系统体系架构
• 3.2.1 HLA 相关基本概念
• 3.2.2 基于 HLA 的分布式交通仿真系统架构设计
• 3.2.3 基于 HLA 的分布式交通仿真系统结构
• 3.2.4 基于 HLA 的分布式交通仿真系统典型物理结构
• 3.3 分布式城市交通仿真关键问题
• 3.3.1 交通仿真体系架构
• 3.3.2 交通网络建模技术
• 3.3.3 分布式负载均衡技术
• 3.3.4 仿真信息交互标准
• 3.3.5 快速时间同步技术
• 3.3.6 范围查询技术
• 3.4 小结
• 第四章 交通网络仿真模型
• 4.1 交通网络仿真分析
• 4.1.1 网络模型和网络数据模型的区别
• 4.1.2 交通网络仿真基本要求
• 4.1.3 现有交通网络模型介绍
• 4.1.4 现有交通网络模型的特点和不足
• 4.2 基于车道的对偶交通网络模型
• 4.2.1 现有交通网络模型的困境
• 4.2.2 基于车道的对偶交通网络模型的建立
• 4.2.3 基于车道的对偶交通网络模型的数学描述
• 4.3 基于车道的对偶交通网络模型分析
• 4.3.1 分析评价指标
• 4.3.2 实验网络模型的建立
• 4.3.3 实验结果及分析
• 4.4 与传统交通网络模型的对比
• 4.5 对车道的对偶交通网络模型的评价
• 4.6 小结
• 第五章 交通网路仿真查询
• 5.1 交通网络仿真查询分析
• 5.1.1 交通网络仿真查询定义
• 5.1.2 交通网络仿真查询特点
• 5.1.3 交通网络仿真查询基本要求
• 5.1.4 相关查询问题简介
• 5.1.5 现有网络查询的评价
• 5.2 交通网络仿真查询设计
• 5.2.1 交通仿真查询问题
• 5.2.2 离散范围查询算法设计思路
• 5.2.3 离散范围查询算法描述
• 5.3 离散范围查询算法复杂度分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果
• 附录 A
• A.1 证明矩形中心位置所在的格子覆盖面积最大