交通仿真软件：Paramics_（10）.多模态交通仿真实践

多模态交通仿真实践

在交通仿真领域，多模态交通仿真是一个重要的研究方向。多模态交通仿真可以模拟多种交通方式的交互，如汽车、公共交通、自行车和行人等。通过这种方式，可以更全面地评估交通系统的性能，优化交通管理和规划。本节将详细介绍如何在多模态交通仿真中进行二次开发，包括如何添加自定义模式、定义模式间的交互以及如何进行性能评估。

1. 添加自定义交通模式

在多模态交通仿真中，添加自定义交通模式是一个常见的需求。例如，我们可能需要模拟电动滑板车、无人机配送等新兴交通方式。Paramics提供了强大的API，使得我们可以方便地进行这些操作。

1.1 定义新的交通模式

首先，我们需要定义新的交通模式。这可以通过编写自定义的VBA脚本或使用C++插件来实现。以下是使用VBA脚本定义一个新的交通模式“电动滑板车”的示例：

' 定义新的交通模式 Sub DefineNewVehicleMode() Dim newMode As VehicleMode Set newMode = Model.VehicleModes.Add("ElectricScooter") ' 设置电动滑板车的基本参数 newMode.Speed = 20 ' 最大速度（km/h） newMode.Acceleration = 2 ' 加速度（m/s^2） newMode.Deceleration = 3 ' 减速度（m/s^2） newMode.Length = 1.5 ' 车辆长度（m） newMode.Width = 0.5 ' 车辆宽度（m） newMode.Headway = 1 ' 安全距离（s） newMode.Type = VEHICLE_TYPE_SCOOTER ' 车辆类型 End Sub

1.2 添加自定义车辆

定义了新的交通模式后，我们需要添加自定义车辆。以下是一个使用C++插件添加电动滑板车的示例：

// 定义电动滑板车类classElectricScooter:publicVehType{public:ElectricScooter(){// 设置电动滑板车的基本参数setMaxSpeed(20);// 最大速度（km/h）setAcceleration(2);// 加速度（m/s^2）setDeceleration(3);// 减速度（m/s^2）setLength(1.5);// 车辆长度（m）setWidth(0.5);// 车辆宽度（m）setHeadway(1);// 安全距离（s）setType(VEHICLE_TYPE_SCOOTER);// 车辆类型}};// 注册电动滑板车类voidregisterElectricScooter(){VehType::registerType(newElectricScooter());}

1.3 配置交通流

添加了新的交通模式和车辆后，我们需要配置交通流，以便在仿真中使用这些自定义车辆。以下是一个使用VBA脚本配置交通流的示例：

' 配置交通流 Sub ConfigureTrafficFlow() Dim trafficFlow As TrafficFlow Set trafficFlow = Model.TrafficFlows.Add("ScooterFlow") ' 设置交通流的基本参数 trafficFlow.Mode = "ElectricScooter" trafficFlow.Volume = 50 ' 每小时流量（辆/小时） trafficFlow.StartTime = 0 ' 开始时间（s） trafficFlow.EndTime = 3600 ' 结束时间（s） trafficFlow.Link = Model.Links("MainLink") ' 路段 End Sub

2. 定义模式间的交互

在多模态交通仿真中，不同交通模式之间的交互是非常重要的。例如，汽车和电动滑板车在同一个路段上的交互，公共交通和行人的交互等。Paramics提供了多种方式来定义这些交互。

2.1 设置优先级

设置不同交通模式的优先级可以帮助我们模拟真实世界中的交通行为。以下是一个使用VBA脚本设置优先级的示例：

' 设置交通模式的优先级 Sub SetPriority() Dim carMode As VehicleMode Set carMode = Model.VehicleModes("Car") Dim scooterMode As VehicleMode Set scooterMode = Model.VehicleModes("ElectricScooter") ' 设置汽车的优先级 carMode.Priority = 2 ' 设置电动滑板车的优先级 scooterMode.Priority = 1 End Sub

2.2 定义避让规则

定义避让规则可以模拟不同交通模式之间的避让行为。以下是一个使用C++插件定义避让规则的示例：

// 定义避让规则classScooterYieldRule:publicVehType::YieldRule{public:boolshouldYield(VehType*otherType)override{// 电动滑板车在遇到汽车时避让if(otherType->getType()==VEHICLE_TYPE_CAR){returntrue;}returnfalse;}};// 注册避让规则voidregisterYieldRule(){VehType::registerYieldRule(newScooterYieldRule());}

2.3 定义换乘行为

定义换乘行为可以帮助我们模拟乘客在不同交通模式之间的换乘。以下是一个使用VBA脚本定义换乘行为的示例：

' 定义换乘行为 Sub DefineTransferBehavior() Dim transferRule As TransferRule Set transferRule = Model.TransferRules.Add("CarToScooter") ' 设置换乘规则 transferRule.FromMode = "Car" transferRule.ToMode = "ElectricScooter" transferRule.Probability = 0.1 ' 换乘概率 transferRule.TransferTime = 60 ' 换乘时间（s） End Sub

3. 进行性能评估

在多模态交通仿真中，性能评估是非常重要的一步。我们可以通过多种指标来评估交通系统的性能，如平均行驶时间、平均等待时间、交通流量等。Paramics提供了丰富的API来支持这些评估。

3.1 计算平均行驶时间

计算平均行驶时间可以帮助我们评估交通系统的效率。以下是一个使用VBA脚本计算平均行驶时间的示例：

' 计算平均行驶时间 Sub CalculateAverageTravelTime() Dim link As Link Set link = Model.Links("MainLink") Dim startTime As Double startTime = 0 Dim endTime As Double endTime = 3600 Dim totalTravelTime As Double totalTravelTime = 0 Dim vehicleCount As Long vehicleCount = 0 ' 遍历所有车辆 Dim vehicle As Vehicle For Each vehicle In Model.Vehicles If vehicle.Mode = "ElectricScooter" And vehicle.Link = link Then If vehicle.EntryTime >= startTime And vehicle.EntryTime < endTime Then totalTravelTime = totalTravelTime + vehicle.TravelTime vehicleCount = vehicleCount + 1 End If End If Next vehicle ' 计算平均行驶时间 Dim averageTravelTime As Double averageTravelTime = totalTravelTime / vehicleCount ' 输出结果 Debug.Print "平均行驶时间: " & averageTravelTime & " 秒" End Sub

3.2 计算平均等待时间

计算平均等待时间可以帮助我们评估交通系统中的拥堵情况。以下是一个使用C++插件计算平均等待时间的示例：

// 计算平均等待时间voidcalculateAverageWaitTime(){Link*mainLink=Model::getLink("MainLink");doublestartTime=0;doubleendTime=3600;doubletotalWaitTime=0;intvehicleCount=0;// 遍历所有车辆for(Vehicle*vehicle:Model::getVehicles()){if(vehicle->getMode()=="ElectricScooter"&&vehicle->getLink()==mainLink){if(vehicle->getEntryTime()>=startTime&&vehicle->getEntryTime()<endTime){totalWaitTime+=vehicle->getWaitTime();vehicleCount++;}}}// 计算平均等待时间doubleaverageWaitTime=totalWaitTime/vehicleCount;// 输出结果std::cout<<"平均等待时间: "<<averageWaitTime<<" 秒"<<std::endl;}

3.3 统计交通流量

统计交通流量可以帮助我们评估不同时间段内的交通状况。以下是一个使用VBA脚本统计交通流量的示例：

' 统计交通流量 Sub CalculateTrafficVolume() Dim link As Link Set link = Model.Links("MainLink") Dim startTime As Double startTime = 0 Dim endTime As Double endTime = 3600 Dim carVolume As Long carVolume = 0 Dim scooterVolume As Long scooterVolume = 0 ' 遍历所有车辆 Dim vehicle As Vehicle For Each vehicle In Model.Vehicles If vehicle.Link = link Then If vehicle.EntryTime >= startTime And vehicle.EntryTime < endTime Then If vehicle.Mode = "Car" Then carVolume = carVolume + 1 ElseIf vehicle.Mode = "ElectricScooter" Then scooterVolume = scooterVolume + 1 End If End If End If Next vehicle ' 输出结果 Debug.Print "汽车流量: " & carVolume & " 辆/小时" Debug.Print "电动滑板车流量: " & scooterVolume & " 辆/小时" End Sub

4. 案例分析

为了更好地理解多模态交通仿真的二次开发，我们通过一个具体的案例来分析。假设我们需要在一个城市中心区域模拟汽车和电动滑板车的交互，并评估其对交通系统的影响。

4.1 模型构建

首先，我们需要构建一个简单的城市中心区域模型。假设我们有一个主路段和一个交叉口，如下图所示：

A --------------------- B | | | | | | C --------------------- D

主路段AB和CD的长度分别为1000米，交叉口为B和C的交汇点。我们可以在Paramics中创建这些路段和交叉口。

4.2 交通模式定义

接下来，我们定义两种交通模式：汽车和电动滑板车。使用前面介绍的方法，我们可以编写VBA脚本来定义这两种模式：

' 定义新的交通模式 Sub DefineVehicleModes() Dim carMode As VehicleMode Set carMode = Model.VehicleModes.Add("Car") carMode.Speed = 60 ' 最大速度（km/h） carMode.Acceleration = 2.5 ' 加速度（m/s^2） carMode.Deceleration = 3.5 ' 减速度（m/s^2） carMode.Length = 4.5 ' 车辆长度（m） carMode.Width = 1.8 ' 车辆宽度（m） carMode.Headway = 1.5 ' 安全距离（s） carMode.Type = VEHICLE_TYPE_CAR ' 车辆类型 Dim scooterMode As VehicleMode Set scooterMode = Model.VehicleModes.Add("ElectricScooter") scooterMode.Speed = 20 ' 最大速度（km/h） scooterMode.Acceleration = 2 ' 加速度（m/s^2） scooterMode.Deceleration = 3 ' 减速度（m/s^2） scooterMode.Length = 1.5 ' 车辆长度（m） scooterMode.Width = 0.5 ' 车辆宽度（m） scooterMode.Headway = 1 ' 安全距离（s） scooterMode.Type = VEHICLE_TYPE_SCOOTER ' 车辆类型 End Sub

4.3 交通流配置

配置交通流，使得汽车和电动滑板车在主路段上行驶。使用VBA脚本配置交通流：

' 配置交通流 Sub ConfigureTrafficFlows() Dim carFlow As TrafficFlow Set carFlow = Model.TrafficFlows.Add("CarFlow") carFlow.Mode = "Car" carFlow.Volume = 1000 ' 每小时流量（辆/小时） carFlow.StartTime = 0 ' 开始时间（s） carFlow.EndTime = 3600 ' 结束时间（s） carFlow.Link = Model.Links("MainLinkAB") ' 路段AB Dim scooterFlow As TrafficFlow Set scooterFlow = Model.TrafficFlows.Add("ScooterFlow") scooterFlow.Mode = "ElectricScooter" scooterFlow.Volume = 500 ' 每小时流量（辆/小时） scooterFlow.StartTime = 0 ' 开始时间（s） scooterFlow.EndTime = 3600 ' 结束时间（s） scooterFlow.Link = Model.Links("MainLinkCD") ' 路段CD End Sub

4.4 优先级和避让规则

设置汽车和电动滑板车的优先级，并定义避让规则。使用VBA脚本设置优先级：

' 设置交通模式的优先级 Sub SetPriorities() Dim carMode As VehicleMode Set carMode = Model.VehicleModes("Car") carMode.Priority = 2 Dim scooterMode As VehicleMode Set scooterMode = Model.VehicleModes("ElectricScooter") scooterMode.Priority = 1 End Sub

使用C++插件定义避让规则：

// 定义避让规则classScooterYieldRule:publicVehType::YieldRule{public:boolshouldYield(VehType*otherType)override{if(otherType->getType()==VEHICLE_TYPE_CAR){returntrue;}returnfalse;}};// 注册避让规则voidregisterYieldRule(){VehType::registerYieldRule(newScooterYieldRule());}

4.5 仿真运行

在配置好所有参数后，我们可以运行仿真。运行仿真时，Paramics会自动模拟汽车和电动滑板车在主路段上的行驶和交互。

4.6 性能评估

最后，我们进行性能评估。使用前面介绍的方法，我们可以编写VBA脚本来计算平均行驶时间和交通流量：

' 计算平均行驶时间 Sub CalculateAverageTravelTime() Dim linkAB As Link Set linkAB = Model.Links("MainLinkAB") Dim linkCD As Link Set linkCD = Model.Links("MainLinkCD") Dim startTime As Double startTime = 0 Dim endTime As Double endTime = 3600 Dim totalTravelTimeAB As Double totalTravelTimeAB = 0 Dim totalTravelTimeCD As Double totalTravelTimeCD = 0 Dim vehicleCountAB As Long vehicleCountAB = 0 Dim vehicleCountCD As Long vehicleCountCD = 0 ' 遍历所有车辆 Dim vehicle As Vehicle For Each vehicle In Model.Vehicles If vehicle.EntryTime >= startTime And vehicle.EntryTime < endTime Then If vehicle.Link = linkAB Then totalTravelTimeAB = totalTravelTimeAB + vehicle.TravelTime vehicleCountAB = vehicleCountAB + 1 ElseIf vehicle.Link = linkCD Then totalTravelTimeCD = totalTravelTimeCD + vehicle.TravelTime vehicleCountCD = vehicleCountCD + 1 End If End If Next vehicle ' 计算平均行驶时间 Dim averageTravelTimeAB As Double averageTravelTimeAB = totalTravelTimeAB / vehicleCountAB Dim averageTravelTimeCD As Double averageTravelTimeCD = totalTravelTimeCD / vehicleCountCD ' 输出结果 Debug.Print "路段AB的平均行驶时间: " & averageTravelTimeAB & " 秒" Debug.Print "路段CD的平均行驶时间: " & averageTravelTimeCD & " 秒" End Sub ' 统计交通流量 Sub CalculateTrafficVolume() Dim linkAB As Link Set linkAB = Model.Links("MainLinkAB") Dim linkCD As Link Set linkCD = Model.Links("MainLinkCD") Dim startTime As Double startTime = 0 Dim endTime As Double endTime = 3600 Dim carVolumeAB As Long carVolumeAB = 0 Dim scooterVolumeAB As Long scooterVolumeAB = 0 Dim carVolumeCD As Long carVolumeCD = 0 Dim scooterVolumeCD As Long scooterVolumeCD = 0 ' 遍历所有车辆 Dim vehicle As Vehicle For Each vehicle In Model.Vehicles If vehicle.EntryTime >= startTime And vehicle.EntryTime < endTime Then If vehicle.Link = linkAB Then If vehicle.Mode = "Car" Then carVolumeAB = carVolumeAB + 1 ElseIf vehicle.Mode = "ElectricScooter" Then scooterVolumeAB = scooterVolumeAB + 1 End If ElseIf vehicle.Link = linkCD Then If vehicle.Mode = "Car" Then carVolumeCD = carVolumeCD + 1 ElseIf vehicle.Mode = "ElectricScooter" Then scooterVolumeCD = scooterVolumeCD + 1 End If End If End If Next vehicle ' 输出结果 Debug.Print "路段AB的汽车流量: " & carVolumeAB & " 辆/小时" Debug.Print "路段AB的电动滑板车流量: " & scooterVolumeAB & " 辆/小时" Debug.Print "路段CD的汽车流量: " & carVolumeCD & " 辆/小时" Debug.Print "路段CD的电动滑板车流量: " & scooterVolumeCD & " 辆/小时" End Sub