1. 仿真分类

交通系统仿真根据仿真对象和仿真目的的不同，可分为微观仿真和宏观仿真。微观仿真以微观模型为基础，宏观仿真以宏观模型为基础。另外，还有一大类更大尺度的宏观仿真，如基于四阶段模型的区域交通规划仿真。

微观仿真通过考察单个驾驶员和车辆及其相互作用特征来描述系统的状态，而宏观仿真则是通过考察交通流特征，即车队的“平均”行为来描述系统的状态。微观仿真和宏观仿真都可用来研究交通流的特征，如交通流量、交通密度、平均车速等。除此之外，微观仿真还可以用来研究每辆车的运动状态，这是宏观仿真所不能办到的。

一般来说，各种类型的交通系统仿真使用的情况如下：

（1）微观仿真通常适用于动态交通现象，如交通波动分析、可接受空档分析、交织影响分析等，这些分析通常是在非稳定状态下进行的，使用宏观仿真不可能或很难获得结果。

（2）当交通流中的人-车单元是系统的主要考察对象时，就需要进行非常详细的微观仿真。例如，对不同交通规则影响效果的估计或某一地点交通控制方案的设计等。

（3）对瓶颈路段进行研究时，如果交通量变化非常大，或交通组成中大型车的比例较高，则需要进行非常详细的微观仿真。

（4）对交叉口交通状况的研究，宏观仿真和微观仿真都适用。基于排队理论的宏观仿真适用于信号灯前排队长度的研究，而微观仿真更适合于研究信号设置对车辆油耗和交通噪声的影响。

（5）宏观仿真通常更适合用于道路网交通状态的研究，也可以加入微观的仿真子模型去跟踪显示各个车辆，以及它们在网络中的运行情况。

2. 微观仿真模型的基本要素

微观交通系统仿真模型通常由以下基本要素组成：

1）道路条件

道路条件通常包括道路几何参数、路面状况、交通标志和标线、交通信号等，根据仿真目的的不同，在仿真过程中，道路条件可以是一成不变的，如研究不同交通流量或交通组成的状况；也可以是不断变化的，如进行道路方案的优化和比选。

2）车辆到达

对于每一辆到达系统入口处的车辆，模型必须产生一个到达时间。根据仿真目的的需要，还应产生一些其他车辆特征的参量，如车辆类型等，必要时还应包括出行目的地。

到达时间根据每一个入口处的车辆到达间隔分布计算出来。当入口为多车道时，还必须在其他描述车辆特征的参量中给出车道选择。

某些情况下，系统入口处产生的参量仅仅是一个初始值，它们在仿真过程中，将根据道路几何参数或交通条件的变化而改变。

3）车辆特征

驾驶员的行为受到交通规则和车辆动力性能的限制。描述车辆动力性能的重要参数为最高车速及给定车速的加减速能力，当然，这些参数受车辆特征、道路条件和天气状况的影响。车辆特征通常用发动机功率、车辆容量及空气动力学特性来描述。车辆类型分布在仿真模型中一般采用经验分布。道路条件通过道路几何参数和路面状况来描述。

在微观仿真中，车辆的最高速度将限制车辆的期望速度，而车辆加减速能力参数则用于计算驾驶员决定的执行效果。在仿真模型中，还要对加减速能力充分发挥（如紧急制动或超车）的情况和未充分发挥（如减速停车或干道上逐渐加速）的情况加以区分。(www.daowen.com)

4）期望车速

车辆在道路上运动主要受车辆期望速度的影响，当交通密度较高时，主要受慢速行驶车辆的车速影响。

实际的期望车速是在低交通量的直线路段上观测出来的，随着交通量的增加，车流中自由行驶车辆数量将会减少，期望车速的观测将变得越来越困难。在构造微观仿真模型时，通常假设期望车速与交通量无关，其分布服从正态分布，据此对小型车和大型车分别建立期望车速分布模型，近年来，则更多地以经验分布代替正态分布。在实际应用时，必须在上述关于期望车速的假设分地点、分车道进行认真的检验。

5）车辆间的相互作用

在构造微观仿真模型时，要对两种不同类型的人-车单元加以区分，一种类型为运动只受车辆、道路条件和外部因素（如天气状况或速度限制等）影响；另外一种类型为除上述影响因素外，还要受其他人-车单元的影响。

在车辆跟驰模型中，通过一个“感知界限”参量来区分两种类型的人-车单元运动，这一参量也被用于确定什么时候驾驶员将加速或减速，以便与前车保持适当的距离。

构造相互作用模型时，必须对“感知界限”进行观测，并分别计算出两种不同类型的加速度和减速度。此外，还要对每一种道路形式分别进行模型的设置。

6）车道转换和超车

驾驶员对于来自其他车辆的干扰，一般通过调整自己的车速来体现，当条件允许时，转换车道或超车。

对于描述车道转换和超车的参数很难进行观测，这是因为需要同时记录许多变量。因此，目前这方面的研究成果较少。定性分析表明，当驾驶员离开慢速车道进入超车道时，所能接受的临界空档比由超车道转入慢车道时要小得多。

对于单向行驶道路的车道转换和超车，目前的仿真模型多用于“感知界限”或可接受空档出现的概率或两者结合来描述；对于双向行驶的道路，则要考虑必要的超车距离和对向交通流中产生的空档，有时还要加上视距条件和用于描述驾驶员冒险程度的参数。

3. 宏观仿真模型的基本要素

宏观仿真模型与微观仿真模型的区别主要表现在如下两个基本要素上。

1）车辆到达

与微观仿真模型一样，在宏观仿真模型中，对于每一辆进入系统入口处的车辆，都要产生一个到达时间，以及相应的特征参量。所不同的是，由于宏观仿真通常用于道路网的交通状态研究，车辆特征参数往往要包括每辆车的出行目的和行驶路线。每辆车的出行目的可以从随时间变化的OD矩阵中获得，而行驶路线则可以通过最短路径法计算出来。

2）相互影响模型

传统的宏观仿真模型应用速度-流量一般关系式来描述车辆在系统中的运动。当道路网系统能够划分为具有相同特征的几个子系统时，也可以将道路几何特征、速度限制和天气状况等因素引入宏观仿真模型。

施威尔德菲格（Schwerdfeger）在1983年提出了一个微观和宏观的混合仿真模型，其中既采用了速度-流量的一般关系式，也采用期望车速来计算车辆的实际速度。为避免在相邻路段上出现不连续的情况，在该处采用了平均车速。