CN112580206A - 基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法 - Google Patents

基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，包括以下步骤：A、获取车站、道路信息，车站与道路的衔接关系；B、生成对应的车站、道路、车辆、人员实体；C、将车站和道路都抽象为排队模型，配置模型参数；D、生成道路网络；E、定义排队模型事件、新事件触发策略、仿真终止条件，定义并触发初始事件；F、道路网络取出排队模型事件进行推进，并将事件中预定的新事件保存；G、判断新事件是否满足终止条件，若是则退出仿真过程，输出数据，否则重复步骤F。本发明基于事件驱动，使用排队论对过程进行模拟，大大提升了仿真速度，从而利用仿真结果对共享汽车网络进行高效和便捷的优化和调整。

Description

基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，特别涉及一种基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法。
背景技术
交通仿真作为研究交通的重要手段，其对现有系统或未来系统的交通运行状况进行再现或预先把握，从而对复杂的交通现象进行解释、分析、找出问题的症结，最终对所研究的交通系统进行优化。因此国内外学者对交通仿真进行了大量研究，提出了多种交通仿真模型和交通仿真软件。
虽然国内外的交通仿真模型或软件成果很多，但是现有的成果大多数都是针对所有交通参与者的仿真，在共享汽车等特殊车辆的仿真需求下，缺乏系统中各实体的仿真数据，无法对系统中参与的共享汽车、乘客、站台等部分的行为进行仿真分析。针对这种情况，本发明提出了一种基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，能够对一般交通环境下的共享汽车网络等进行仿真，获取共享汽车网络参与者的各种状态和运行信息，基于事件驱动，使用排队论对过程进行模拟，大大提升了仿真速度，从而利用仿真结果对共享汽车网络进行高效和便捷的优化和调整。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于事件驱动，使用排队论对过程进行模拟，大大提升了仿真速度，从而利用仿真结果对共享汽车网络进行高效和便捷的优化和调整，具有很强的实用性的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，包括以下步骤：
A、获取车站的位置、容量、初始车辆数、服务率，获取道路的长度、排队容量、自由流速度、利用率、价格系数、成本、潜在OD需求，车站与道路的衔接关系；
B、根据步骤A获取的数据在仿真软件中生成对应的车站、道路、车辆、人员实体；
C、将每一个车站和道路都抽象为排队模型，并根据步骤A中的输入数据配置模型参数；
D、生成道路网络，车站、道路、车辆、顾客均为道路网络中的成员，将车站、道路抽象为排队网络中的服务员，将顾客和车辆视为排队者；道路网络保存所有成员的排队模型事件，排队模型事件按照预定的发生时间顺序存储；
E、定义排队模型事件以及新事件触发策略，定义仿真终止条件，定义并触发初始事件；
F、道路网络取出排队模型事件进行推进，并将事件中预定的新事件保存；仿真的同时对道路网中所有成员信息进行处理统计，包括：排队时间、服务时间等，并在此基础上计算出成本、利润数据；
G、判断新事件是否满足用户设定的终止条件，若是则退出仿真过程，输出数据，否则重复步骤F。
进一步地，所述步骤B中使用面向对象的思想生成各相关实体，并设置属性。
进一步地，所述步骤C中排队模型分别有如下对应关系：
将顾客预定车辆或到达车站视为车站内的到达，顾客绑定车辆视为道路上的到达；
将顾客排队等待取车视为车站排队模型中的排队，将顾客乘车并等待驶入道路视为道路排队过程；
将顾客绑定车辆到驶离车站视为车站服务过程，将车辆在道路上的行驶过程视为道路服务过程。
进一步地，所述步骤D中的道路网络包括以下特点：
所有成员隶属于道路网络，所有成员统一使用路网时间，通过道路网络推进；
保存的排队模型事件按照预定发生时间顺序存储。
进一步地，所述步骤E中的事件生成按照排队过程生成：
到达事件预定下一次到达和服务事件；
服务事件预定服务完成离开事件；
道路的离开事件标志着一位顾客从预定取车、到达目的地的全过程完成。
进一步地，所述排队模型事件包括顾客到达车站、顾客服务、顾客乘车离开、车辆到达道路、车辆到达车站、车辆在道路接受服务、车辆离开道路。
本发明的有益效果是：本发明能够对一般交通环境下的共享汽车网络等进行仿真，能够方便地获取共享汽车网络参与者的各种状态和运行信息；并基于事件驱动，使用排队论对过程进行模拟，大大提升了仿真速度，从而利用仿真结果对共享汽车网络进行高效和便捷的优化和调整，具有很强的实用性，对未来各种交通仿真模型和平台开发有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的仿真平台构建方法的流程示意图；
图2为本实施例输入参数示意图；
图3为本实施例实体示意图；
图4为本实施例排队模型事件函数示意图；
图5为本实施例路网生成函数示意图；
图6为本实施在步骤C中的事件函数中加入对应的新事件触发策略的函数示意图；
图7为本发明实施例参数设置界面；
图8为本发明实施例仿真输出数据格式；
图9为本发明实施例中仿真平台示意图；
图10为本实施例三个车站服务过程一；
图11为本实施例三个车站服务过程二。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，包括以下步骤：
A、获取车站的位置、容量、初始车辆数、服务率，获取道路的长度、排队容量、自由流速度、利用率、价格系数、成本、潜在OD需求，车站与道路的衔接关系；本实施例以三个车站、六条道路的顺序连接的共享汽车网络仿真为例，如图2所示，在Excel中填写输入文件，包括车站、道路、及其连接信息，放在软件同级目录。
B、根据步骤A获取的数据在仿真软件中生成对应的车站、道路、车辆、人员实体；使用面向对象的思想生成各相关实体，并设置属性。本实施例软件初始化时即可根据输入数据生成如图3所示定义的相应数量的实体，包括车站、道路、共享汽车；
C、将每一个车站和道路都抽象为排队模型，并根据步骤A中的输入数据配置模型参数；排队模型分别有如下对应关系：
将顾客预定车辆或到达车站视为车站内的到达，顾客绑定车辆视为道路上的到达；
将顾客排队等待取车视为车站排队模型中的排队，将顾客乘车并等待驶入道路视为道路排队过程；
将顾客绑定车辆到驶离车站视为车站服务过程，将车辆在道路上的行驶过程视为道路服务过程。
本实施例如图4排队模型事件函数图所示，定义排队模型。以道路为例，创建事件函数“VehicleArrive()”、“RideServe()”、“Depart()”分别表示道路上的到达、服务、离开过程。并根据输入数据定义排队模型数据，即服务员数、时间间隔分布等。
D、生成道路网络，车站、道路、车辆、顾客均为道路网络中的成员，将车站、道路抽象为排队网络中的服务员，将顾客和车辆视为排队者；道路网络保存所有成员的排队模型事件，排队模型事件按照预定的发生时间顺序存储；道路网络包括以下特点：
所有成员隶属于道路网络，所有成员统一使用路网时间，通过道路网络推进；
保存的排队模型事件按照预定发生时间顺序存储。
如图5所示定义路网生成函数，程序初始化时自动定义道路网络并添加车辆、道路为道路网络子成员，并创建队列保存事件。
E、定义排队模型事件以及新事件触发策略，定义仿真终止条件，定义并触发初始事件；
事件生成按照排队过程生成：
到达事件预定下一次到达和服务事件；
服务事件预定服务完成离开事件；
道路的离开事件标志着一位顾客从预定取车、到达目的地的全过程完成。
如图6所示，在步骤C中的事件函数中加入对应的新事件触发策略，如图7所示在设置界面定义终止条件为路网时间推进10天之后，绑定开始按钮即创建顾客实体并添加入站事件。
F、道路网络取出排队模型事件进行推进，并将事件中预定的新事件保存；从道路网络的队列中取出下一个最近发生的事件运行，推进道路网络时间为当前事件时间点，运行完成后根据运行的事件在队列中添加新的事件；仿真的同时对道路网中所有成员信息进行处理统计，包括：排队时间、服务时间等，并在此基础上计算出成本、利润数据；
所述排队模型事件包括顾客到达车站、顾客服务、顾客乘车离开、车辆到达道路、车辆到达车站、车辆在道路接受服务、车辆离开道路。
G、判断新事件是否满足用户设定的终止条件，若是则退出仿真过程，输出数据，否则重复步骤F。
本实施例的数据如图8所示。
如图9所示，为本发明中仿真平台架构设计图。整体上分为输入层、仿真层、输出层，仿真层是核心层次，包括了根据输入数据获得时变的OD数据，从而根据OD数据生成顾客并进入系统，随后车站模块和道路模块分别进行服务，最后到达目的地站点，归还车辆，一个顾客的出行仿真完成。
本发明利用对共享汽车出行网络进行交通仿真建模，将车辆、道路抽象为排队网络中的服务员，将顾客和车辆视为排队者，使用它们之间的事件推动仿真。事件包括了顾客到达车站、顾客服务、顾客乘车离开；车辆到达道路、车辆到达车站、车辆在道路接受服务、车辆离开道路等。仿真的同时对道路网中所有成员信息进行处理统计，包括：排队时间、服务时间等，并在此基础上计算出成本、利润等数据。
以三个车站为例，将每一对车站之间的两个方向道路抽象为一个道路，共六条道路，车站可以接受顾客到达和车辆到达，如图10所示，在顾客到达的排队过程中，顾客在车站中排队、服务后，驾驶车辆离开车站。顾客驾车到达车站与道路之间的内部道路时标志着顾客在车站的服务结束。如图11所示，在车站中的车辆到达的排队过程中，车辆驶入内部道路为到达，进入车站前都为排队过程，在车站停车并离开为服务过程，最后顾客离开车站为离开。当顾客驾车驶入内部道路，为道路接受车辆的到达，将内部道路驶向外部道路视为道路上的排队，视情况将外部道路视为一个或多个服务台，车辆将在外部道路上行驶，这个过程为服务，最后车辆离开道路，至此道路上的服务过程完成。本发明通过仿真该简单共享汽车网络，可以得到每个站点和道路的总服务时长、总收入、总成本、顾客平均收入等数据，能够帮助共享汽车研究者和运营者方便地分析共享汽车网络运行状况，在不同的参数设置下的不同效果，非常有意义。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、获取车站的位置、容量、初始车辆数、服务率，获取道路的长度、排队容量、自由流速度、利用率、价格系数、成本、潜在OD需求，车站与道路的衔接关系；
B、根据步骤A获取的数据在仿真软件中生成对应的车站、道路、车辆、人员实体；
C、将每一个车站和道路都抽象为排队模型，并根据步骤A中的输入数据配置模型参数；
D、生成道路网络，车站、道路、车辆、顾客均为道路网络中的成员，将车站、道路抽象为排队网络中的服务员，将顾客和车辆视为排队者；道路网络保存所有成员的排队模型事件，排队模型事件按照预定的发生时间顺序存储；
E、定义排队模型事件以及新事件触发策略，定义仿真终止条件，定义并触发初始事件；
F、道路网络取出排队模型事件进行推进，并将事件中预定的新事件保存；仿真的同时对道路网中所有成员信息进行处理统计，包括：排队时间、服务时间等，并在此基础上计算出成本、利润数据；
G、判断新事件是否满足用户设定的终止条件，若是则退出仿真过程，输出数据，否则重复步骤F。
2.如权利要求1所述的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，所述步骤B中使用面向对象的思想生成各相关实体，并设置属性。
3.如权利要求1所述的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，所述步骤C中排队模型分别有如下对应关系：
将顾客预定车辆或到达车站视为车站内的到达，顾客绑定车辆视为道路上的到达；
将顾客排队等待取车视为车站排队模型中的排队，将顾客乘车并等待驶入道路视为道路排队过程；
将顾客绑定车辆到驶离车站视为车站服务过程，将车辆在道路上的行驶过程视为道路服务过程。
4.如权利要求1所述的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，所述步骤D中的道路网络包括以下特点：
所有成员隶属于道路网络，所有成员统一使用路网时间，通过道路网络推进；
保存的排队模型事件按照预定发生时间顺序存储。
5.如权利要求4所述的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，所述步骤E中的事件生成按照排队过程生成：
到达事件预定下一次到达和服务事件；
服务事件预定服务完成离开事件；
道路的离开事件标志着一位顾客从预定取车、到达目的地的全过程完成。
6.如权利要求4所述的基于排队网络的共享汽车网络离散事件仿真系统构建方法，其特征在于，所述排队模型事件包括顾客到达车站、顾客服务、顾客乘车离开、车辆到达道路、车辆到达车站、车辆在道路接受服务、车辆离开道路。
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