Готовый отчет: имитационная модель дорожного трафика

Содержание
Введение	2
1. Анализ предметной области дорожного трафика	4
1.1. Описание дорожного трафика	4
1.2. Основные параметры трафика	4
2. Обзор существующих аналогов	6
2.1. Существующие системы моделирования	6
2.2. Ограничения аналогов	7
3. Постановка задачи моделирования	8
4. Выбор метода имитационного моделирования	10
4.1. Выбор метода	10
5. Реализация имитационной модели	11
5.1. Описание алгоритма	11
5.2. Программная реализация	12
Заключение	14
Список использованных источников	15

Учебная практика является одним из компонентов и составной частью учебного процесса студентов бакалавриата. Данный вид практики выполняет функции общепрофессиональной подготовки в части формирования необходимых компетенций в области анализа и моделирования сложных систем.
Современные транспортные системы характеризуются высокой степенью сложности и динамичности. Увеличение количества транспортных средств, рост нагрузки на улично-дорожную сеть и изменение характера транспортных потоков приводят к необходимости использования специализированных методов анализа и прогнозирования. Традиционные аналитические подходы не всегда позволяют адекватно описать поведение таких систем, особенно в условиях случайных факторов и факторов, характеризующихся высокой степенью неопределённости.
В связи с этим широкое распространение получили методы имитационного моделирования, позволяющие воспроизводить процессы функционирования транспортных систем в виде программных моделей. Использование имитационного подхода дает возможность исследовать характеристики дорожного трафика, оценивать влияние различных параметров на пропускную способность и выявлять потенциальные проблемы без проведения дорогостоящих экспериментов на реальных объектах.
Целью учебной практики является разработка системы расчета дорожного трафика на основе методов имитационного моделирования.
Для достижения поставленной цели в ходе прохождения практики необходимо решить следующие задачи:
проанализировать предметную область дорожного движения и определить ключевые характеристики транспортных потоков;
изучить существующие программные средства и подходы к моделированию дорожного трафика;
сформулировать постановку задачи для разработки имитационной модели;
обосновать выбор метода имитационного моделирования;
реализовать программный прототип модели дорожного трафика и продемонстрировать пример его работы.
Объектом исследования в рамках учебной практики является процесс движения транспортных средств по улично-дорожной сети.
Предметом исследования являются методы имитационного моделирования и программные средства, применяемые для анализа и расчёта параметров дорожного трафика.

В ходе прохождения учебной практики была рассмотрена предметная область дорожного трафика и изучены основные подходы к анализу и моделированию транспортных потоков. Проведён обзор существующих программных систем моделирования дорожного движения, что позволило выявить их функциональные возможности и основные ограничения при использовании в учебных и исследовательских задачах.
В рамках практики была сформулирована постановка задачи моделирования дорожного трафика и обоснован выбор метода имитационного моделирования как наиболее подходящего для исследования динамических и стохастических процессов, характерных для транспортных систем. В качестве основы реализации был выбран дискретно-событийный подход, обеспечивающий наглядность и гибкость при проведении вычислительных экспериментов.
В результате выполнения работы был разработан программный прототип имитационной модели дорожного трафика, реализованный с использованием языка программирования Python. Реализованная модель позволяет воспроизводить процесс движения транспортных средств по заданному дорожному участку с учётом случайных задержек и получать количественные показатели, характеризующие эффективность функционирования транспортной системы.
Все поставленные в начале практики задачи были выполнены в полном объёме, а цель учебной практики достигнута. Полученные в ходе работы результаты могут быть использованы для дальнейшего развития модели, расширения функциональных возможностей и проведения более детального анализа дорожного трафика при различных сценариях моделирования.

Бояршинов А. А. Имитационное моделирование сложных систем: учеб. пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2019. – 256 с.
Шеннон Р. Имитационное моделирование систем: искусство и наука / пер. с англ. – М.: Мир, 2018. – 432 с.
Banks J., Carson J. S., Nelson B. L., Nicol D. M. Discrete-Event System Simulation. – 5th ed. – Boston: Pearson, 2014. – 640 p.
Транспортные потоки: теория и практика моделирования: монография / под ред. В. Н. Лившица. – М.: Транспорт, 2017. – 312 с.
Treiber M., Kesting A. Traffic Flow Dynamics: Data, Models and Simulation. – Berlin: Springer, 2013. – 503 p.
Nagel K., Schreckenberg M. A cellular automaton model for freeway traffic // Journal de Physique I. – 1992. – Vol. 2. – P. 2221–2229.
Simulation of Urban Mobility (SUMO): официальный сайт [Электронный ресурс]. – URL: https://www.eclipse.org/sumo/ (дата обращения: 20.02.2025).
AnyLogic. Traffic Simulation Library: официальный сайт [Электронный ресурс]. – URL: https://www.anylogic.com/features/traffic-simulation/ (дата обращения: 20.02.2025).
Python Software Foundation. Python Language Reference: официальный сайт [Электронный ресурс]. – URL: https://docs.python.org/3/ (дата обращения: 20.02.2025).
NumPy Developers. NumPy Documentation: официальный сайт [Электронный ресурс]. – URL: https://numpy.org/doc/ (дата обращения: 20.02.2025).
Law A. M. Simulation Modeling and Analysis. – 5th ed. – New York: McGraw-Hill Education, 2015. – 768 p.
PTV Group. PTV VISSIM: официальный сайт [Электронный ресурс]. — URL: https://www.ptvgroup.com/ (дата обращения: 20.02.2025).