摘要：在交通波理论的研究基础上，以Visual C++ 6.0为开发平台，创建了交叉口类、信号灯类、车辆类等信号交叉口的停车波和起动波的仿真系统。给出了自动和人工控制两种模式的停车波和起动波的仿真演示，能够直观地观察信号控制下停车波和起动波的产生过程。在仿真结果中，给出了仿真条件下交叉口的排队车辆的拥挤持续时间、消散时间、最大排队长度、拥挤车辆总数等参数的统计方法，为交通波理论的研究提供了依据。

　　关键词：交通仿真;停车波;起动波;信号交叉口 1引言

　　在实际的交通观测中，经常会发现交通流的某些行为非常类似于流体的行为。例如，在信号交叉口的某一道路上，当一列车流遇到红灯时，会产生一个与车流运行方向相反的波，类似于声波碰到障碍物时的反射那样[1]。但是，这种交通波是非常抽象的，人们无法直观地看到波的产生过程，这就给进一步了解交通波理论带来了障碍。国内[2]在交通仿真领域的研究起步较晚，处于研究与探索阶段。为此，就需要建立一个信号交叉口交通波的仿真系统来演示交通波的产生过程，可以增加人们对交通波的理解。信号交叉口交通波仿真系统可以模拟交通中各种情况下的停车波和起动波，有利于更形象地理解交通波的产生过程。本文以一个信号交叉口作为研究对象，通过VC技术构建信号交叉口交通波的仿真系统。

　　2仿真模型的建立

　　2.1模型的整体结构

　　在模型的建立过程中，主要涉及的实体有路网、交通标线、信号灯、车辆等。这些实体按属性可抽象分成2种不同类型的对象：动态对象、静态对象[3]。动态对象在系统中受到其它因素的影响和制约，随时间变化而变化，如车辆的位置和信号灯的颜色变化;静态对象在一次仿真运行开始后就不再发生变化，如交叉口的形状，轨迹的类型等。因此，仿真模型应该由以下几个类组成：动态类、静态类[4,5]。其中，动态类包括车辆类，动态数据显示类，信号灯类;静态类包括交叉口类、轨迹类、位图类等。模型的整体结构图如图1所示。

　　图1 模型的整体结构

　　2.2仿真模型的建立

　　2.2.1交叉口模型

　　交叉口模型是最重要的静态模型，它给出了模拟试验的基本框架。主要由交叉口、轨迹、交通标线等对象组成，其中交叉口几何参数、轨迹类型等参数均可由人工设定，此模型从仿真初始化以后就不再发生变化。

　　2.2.2车辆生成模型

　　车辆到达的统计规律可用车头间距的分布来描述，这种分布属于连续型分布。车辆生成模型主要负责在设定的轨迹的起点处，以服从一定概率分布的车头间隔时间为间隔生成车辆。因此，车辆的产生应该用概率分布来描述。由于本模型是在单车道的情况下进行的仿真，故选用移位负指数分布的时间分布来控制发车，其基本计算公式为：

()(1)

式中：——车头时距，s;

——单位时间内的平均到达率;

——每个计数间隔，s。

　　在本系统中，一种设置三种状态：自由流状态、红灯停车状态、绿灯起动状态。在仿真开始前设置好三种状态的参数后，车辆的运行就按此模型来变化。

　　2.2.3车辆驾驶模型 车辆运动的基本要求是在满足安全要求的前提下在道路的限制速度内以期望速度前进，对于车辆驾驶模型的建立对于本仿真来说是关键的问题。

　　1. 车辆加、减速模型[6]

　　在车辆的运动决策中，车辆有自由行驶、跟驰行驶、减速停车、保持车速不变等行驶状态，其中最主要的是确定加、减速模型。车辆加速过程中加速度a并非恒定，往往在低速时加速度较大，在高速时加速度较小，加速度可以根据前后两车的相对速度和相对间距来定。加速度为负值时，车辆在路段中的减速操作有三种情况：自由行驶中的减速、跟驰行驶中的减速和入口第一辆车红灯时在停车线前的减速。自由行驶中当速度大于期望速度时需采取减速操作以保持期望速度，其减速度可取a=(vdes-v)/T，T为恢复时间，取T=1-3s;跟驰过程中两车间隙小于期望间隙和跟车速度大于前车速度时，跟随车为保持期望间隙需要减速;而对于第三种情况，当第一辆车到达减速区内时就以一定的减速度减速停到停止线处。

　　关键代码为：

　　double space; //车头与停车点的距离

　　space=g_TwoPointDistance(m_fMidPoint,fStopPoint)-m_fLength/2;

　　if(space>5) //阻挡式停车

　　{m_fSpeed=proadNet->m_CarSpeed1;

　　}else

　　{m_fSpeed=0;

　　proadNet->m_IsStopMove=TRUE; //表明红灯亮，头车刚停车 }

　　2. 停车排队模型[6]

　　车辆进入交叉口进口道时，按前方进口道是否有停车排队车辆可分为前方有停车排队和前方无停车排队两种情况。当前方有停车排队时，车辆将采取减速方式加入停车队列，其减速方式按相应的减速模型描述。当前方无停车排队时，根据前方信号灯的状态又可分为当前车辆拥有通行权和当前车辆无通行权两种情况。前者车辆行驶行为可视为与路段相似，即在跟驰模型约束下的跟驰行驶或自由行驶;后者车辆将减速停车，其减速方式按相应的减速度模型描述。因此，减速模型是停车排队过程的基本模型。其减速方式通常采用更切合实际的模式，即车辆在能保证该车正确停靠的前提下先不减速，而是像在正常路段行驶那样，只考虑跟驰行驶模式，然后在更接近停车点的较短距离内以较大的减速度在短时间内减速停车。其建模步骤如下：

(1)先计算仅考虑跟驰约束情况下一时刻车辆速度和位置(距停车线的距离)：

(2)

(3)

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