交通仿真技术在交通工程实践教学中的应用

[摘要]本文简要叙述了交通仿真技术的优缺点,并对交通仿真技术在交通工程实践教学中的作用进行了描述。同时,以课程设计中VISSIM的应用为例,阐述了交通仿真技术在交通工程实践教学中的具体应用过程,最后,对交通仿真实践教学提出几点建议。

[关键词]交通仿真 交通工程 实践教学

交通仿真技术,是利用计算机模拟技术,以交通相关理论模型为基础,在微型计算机平台上实现交通流各种特征、交通控制方式、驾驶行为特性等的模拟,再现实际交通系统的特性、分析交通系统在各种设定条件下的可能行为,通过模型仿真试验的结果,以寻求现实交通问题的最优解、评价运输设施各类设计方案的效果。同时,它还可以为各种交通产品的设计开发和性能优化提供直接的技术支持,为说服交通管理决策层采纳新的交通理念提供帮助。目前,交通仿真技术已成为交通工程专业科学研究和实践教学中不可缺少的重要辅助工具。

一、交通仿真技术在实践教学中的定位

随着交通仿真技术逐步发展和成熟,作为重要科研和分析工具,交通仿真在交通工程实践教学中发挥了越来越重要的作用。但是,由于其一些固有的缺点,所以我们在实践教学方案的设计过程中,应注意教导学生正确认识仿真软件的特点,不要对仿真产生盲目的信任和过分的依赖,同时,在实践中以培养其分析问题、解决问题的能力为主导。因此,在实践教学环节中:

1.以现场实验为主,仿真实验补充

交通仿真,是运用交通相关理论和计算机技术对交通运行状态进行模拟,其应用过程同样需要调查和补充大量的交通相关数据标定仿真模型,使仿真能尽量接近真实情况。同时,仿真得到的只是模拟结果,并不是完全真实的情况,因此,在条件允许的情况下,还是宜首选现场实验的方法。在交通工程实践教学设计中,应首先教导学生现场交通数据的采集和处理方法,在此前提下,结合仿真试验需要掌握综合调查和实验方案的总体设计方法。

2.针对社会需求有选择地介绍仿真软件

现实中,交通仿真软件种类繁多,在实践教学中一一列出是不可能实现的。同时,仿真软件虽各有特点,但是多数功能具有相似性,故在实践教学中,教师宜重点针对学生今后工作需求选取几款社会常用软件重点讲解,务必使其通过实践学习在未来工作中,能正确认识常用软件的优缺点,有效利用现有软件解决实际问题。

3.仿真教学与现实问题紧密结合

交通仿真技术的开发是为了能更加方便、经济、有效地解决现实条件较难实现或花费代价高昂的交通问题。因此,在实践教学中,应使学生认识到,仿真技术只是交通工程实验和研究的辅助手段,不能单纯遇见问题就仿真,盲目相信仿真结果,应学会对现实问题的合理分析和把握。

二、交通仿真技术在实践教学中的应用

以交通工程课程设计环节中利用仿真软件VISSIM解决怀柔区某4路交叉通组织问题为例,简述仿真技术在实践教学中的应用。实验以10人为一组,每2人负责一进口道,剩余2人为自由人,视现场实际情况进行调整。整个实验教学环节按调查方案设计、现场数据采集与分析、解决方案设计、仿真分析和方案评价必选的程序进行。

而在实际研究过程中,应首先初步踏勘,找出问题,再根据需求选择仿真软件,确定具体的调查数据和调查方案进行调查。然后,设计解决方案、仿真分析。最后,根据分析结果进行方案比选和优化。但在实践教学过程中,为了有目的的完成一次完整的仿真教学,节省教学时间,前期的初步踏勘和仿真软件的筛选,并不列入此次教学过程中。

1.交通现状调查与分析

首先,向学生简要介绍问题交叉口情况,并对VISSIM输入、输出过程进行讲解,使学生了解所需调查的数据,并组织学生设计调查方案。完成调查方案后,带领学生利用JAMAR、秒表、摄像机等调查仪器,对问题交叉口进行现场调查和分析,找出问题原因,根据方案设计和软件需要对相关数据进行分析和处理。

2.方案设计

引导学生根据现状分析结果,应用交通组织和交通控制等理论成果和经验,设计初始化交通组织方案。初始化分析应尽量完整,尤其需要注意将影响方案设计的各种因素尽量纳入到初始方案中。

3.评价指标选择

指导学生根据研究目标和交通仿真软件VISSIM的评价模块可输出参数及其特点,选择确定评价设计方案的指标集和评价方法,并确定评价参数的阀值。

4.仿真分析

利用课堂讲解和课下指导相结合的方法,使学生掌握VISSIM软件的使用方法和特点。指导学生针对不同设计方案搭建VISSIM仿真路网,并根据所调查的几何参数、交通流运营参数和驾驶特征参数等基础数据或处理结果对VISSIM仿真模型进行标定。经过与现状的多次对比和调试后,对各方案进行仿真分析,导处所的评价参数。

5.方案比选和完善

根据仿真输出结果对所设计的各解决方案进行评价比较,选择出满足评价要求的最适宜方案,并形成最终方案;如无满足评价要求方案则根据仿真结果系统分析设计方案,找出影响方案的关键因素,有针对性的调整和完善设计方案,形成新的交通流组织方案,并返回上一步骤。

三、建议

根据以上分析,结合教学实际效果和经验,交通仿真实践教学设计中,应根据交通仿真特点,以培养学生创新性和分析、解决的问题为目标做到:(1)教导学生不盲目使用仿真软件,注意分析不同仿真软件的适用性;(2)以课题研究形式,督促学生针对不同现实案例,设计和使用实验和仿真技术,解决问题;(3)课上讲解常用仿真软件,开设课外兴趣和创新小组,对有兴趣的学生进行扩展训练和指导,鼓励对专业软件的编写和开发。

参考文献:

[1]毛保华,杨肇夏,陈海波.道路交通仿真技术与系统研究[J].北方交通大学学报,2002,26(5):37-46.

[2]Wolfgang Krautter Thomas Bleile,Dietrich Manstetten,Thomas Schwab Robert Bosch-GmbH.Traffic Simulation with ARTIST[R].1998.