仿真模型范文

導語：如何才能寫好一篇仿真模型，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

    概念模型作為真實世界向仿真實現轉換的一個階段,在仿真系統的開發中發揮著極其重要的作用,但前提是其本身是正確且可信的。概念模型表達真實世界的可信程度如何,是否建立了正確的模型,這些問題往往需要通過概念模型驗證來實現。概念模型驗證是確保仿真可信度的基礎。目前國內外對于概念模型驗證已有一些研究成果。美國國防部建模與仿真辦公室(DMSO)頒布了VV&ARPG,用于指導仿真系統的校核、驗證和確認(Verification,ValidationandAccreditation,VV&A)工作。許多仿真界的專家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在論文中討論了概念模型的驗證問題[1-3]。從目前的研究情況來看,關于概念模型驗證的層次、內容和標準等問題討論得較少,許多學者都給出了概念模型驗證的方法,但對于如何選擇這些方法、如何將驗證方法與驗證的內容相關聯等問題研究得較少。因此,本文將在綜述國內外概念模型驗證方法的基礎上,重點探討概念模型驗證方法的選擇問題。

    2概念模型驗證概述

    2.1概念模型驗證的定義和任務概念模型驗證(ConceptualModelValidation,CMV)是仿真系統VV&A過程中的重要階段和基本活動,其目的和結果是為了得到優質的概念模型。概念模型驗證試圖發現并糾正概念建模階段中出現的錯誤,確保問題域的特征和結果都全面而準確地得到認可。在明確了概念模型驗證的作用后,可以對其定義如下:定義1:概念模型驗證是以概念模型為輸入,概念建模和驗證人員采用一定的驗證方法和驗證工具,在領域專家的共同參與下,通過一系列檢查、比較、驗證和修改等活動,最終得到優質概念模型的過程。概念模型驗證的主要任務是根據特定的建模目的和目標,考察概念模型在其作用域內是否準確地代表了實際系統,確定模型描述真實世界預定目的的程度,也就是說模型的輸出在多大程度上與人們對真實世界相關對象領域的理解一致。概念模型驗證的具體任務是檢驗概念模型的完備性、一致性、正確性。完備性是指所構建的概念模型對系統完成使命是否充分;一致性是指所構建的概念模型是否相互一致且不相互矛盾;正確性是指所構建的概念模型是否保證正確完成系統使命。

    2.2概念模型驗證的層次和內容概念模型驗證具有一定的層次性。羅愛民博士在博士論文中基于認識論以及信息科學理論指出,系統的體系結構所蘊含的信息包括三個層次:語法信息、語義信息和語用信息[4],以語法、語義和語用這三個層次來劃分體系結構分析與驗證。本文采納羅愛民論文的分法,將概念模型驗證劃分為語法層概念模型驗證、語義層概念模型驗證和語用層概念模型驗證三個層次。下面針對每個層次的特點,分析其具體的驗證內容:1)語法層概念模型驗證是指從概念模型的描述樣式來考慮,只注重概念模型在形式上的正確與否,而不關心概念模型的實質內容。根據概念模型的描述方法和語言不同,語法層驗證的內容和重點也各不一樣[5]。2)語義層概念模型驗證是指檢查概念模型是否客觀地反映了真實世界中的過程、實體、交互等要素,在語義上是否有沖突,是否符合邏輯。它主要包括:語義的正確性、語義的完整性和語義的一致性。語義正確性驗證是指在模型中的對于待開發系統的功能、行為、性能的表述必須與用戶對目標系統的期望相吻合,即分析模型中所描述的每一項內容都代表了對于待開發系統的真實要求;語義完整性驗證是指檢查概念模型所表達的內容是否完整,是否缺少相關的描述要素;語義一致性驗證是指檢查描述系統各種特征的概念模型是否存在不一致的現象。3)語用層概念模型驗證是指在語法、語義層次的信息都正確、一致、完備的前提下,檢查概念模型所發揮的效用是否滿足需求以及滿足需求的程度。由于概念模型處在仿真系統開發的初期階段,對功能的驗證很難進行。容易陷入兩難境況:一是陷入冗余和瑣碎,一是遺漏重要需求。充分且必要的功能要求的界限很難把握,缺少嚴格的判斷標準。目前主要是人工審閱,依靠專家的經驗來主觀判定功能需求的正確性和完備性[6]。

    3概念模型驗證方法的現狀分析目前,國內外已經有很多關于概念模型驗證方法的研究成果。美國國防部(DoD)建模與仿真辦公室(DMSO)在VV&ARPG中總結了76種驗證方法[7]。許多仿真界的專家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在論文中討論了概念模型的驗證方法[1,2,3,8]。通過總結,可以將概念模型的驗證方法分為專家評審法、折衷分析法、形式化驗證方法和可執行驗證方法四類。

    3.1專家評審法專家評審法是目前廣泛使用的概念模型驗證方法。該方法實施的主要過程是:組織一個由領域專家組成的評審小組,專家依據自己的知識和經驗,采用閱讀的方法檢查概念模型的設計文檔。這種方法雖然比較常用,而且簡單易行,但它存在著以下三個主要問題:第一,難以處理大型、復雜的概念模型文檔。對于大型的仿真系統,其概念模型可能是一份多達幾百頁的文檔。面對這樣龐大的文檔,由于精力問題,極少有人能夠認真地檢查每一部分、每一細節,從而使得概念模型驗證過程僅僅是一種形式,不能達到其原本目的。第二,這種方法的主觀性較強,往往由于專家的知識結構、經驗水平等因素影響,驗證結果存在一定偶然性。第三,驗證過程需要較長的時間。組織多人參加的評審會議,由于受時間、地域等因素限制,往往比較困難。同時,多個專家對于許多問題難以達成一致意見,這也在一定程度上延長了驗證的過程。

    3.2折衷分析法折衷分析法是由美國卡內基梅隆大學軟件工程研究所首先提出的,該方法可以用于對概念模型的各種非功能性指標(如性能、可更改性、可靠性、安全性等,也稱為質量屬性)進行折衷分析。該方法的優點是在系統各類相關角色的參與下,確定各類質量屬性的一個折衷方案,有利于模型設計在相關各方達成共識;但其缺點是建立與實際系統吻合的質量屬性模型非常困難,但卻是得出正確評價結果的關鍵,另外,該方法無法對模型的行為特性進行驗證[9-10]。

    3.3形式化驗證方法形式化驗證方法是通過嚴格的邏輯運算或推理來發現概念模型的問題,是最精確、最嚴格的方法。對于采用嚴格的數學定理表達式描述的概念模型,一般采用這種方法。比較常見的形式化驗證方法有:基于Statecharts的形式化驗證方法[11]、模型檢測方法(ModelChecking)[12]、基于本體的形式化驗證方法[13]等。形式化驗證方法的優點是具有嚴格的語義規則,驗證過程嚴密,不過也存在以下不足:一是因為研究比較初步,還只是側重于完備性、一致性等比較容易的驗證內容,但是對于邏輯性、合理性等比較復雜的驗證則沒有涉及;二是定義在核心實體上的驗證規則很不全面,而且依賴于體系結構的形式化描述,不具有通用性。目前對于形式化驗證方法的研究還比較少,研究深度也不夠,不過該方法的精確性和嚴密性等特點也決定了它將是以后概念模型驗證方法研究的主要發展方向。

    3.4可執行驗證方法可執行驗證方法是一種人機交互的驗證方法,模型按照過程邏輯進行“執行”,其結果正確性依賴領域專家的判斷。該方法首先由喬治?梅森大學系統體系結構實驗室提出的,可以用于驗證模型的邏輯性、合理性等動態特性,即側重于模型驗證的語法和語用層次。其基本思路是以概念模型為基礎,轉換為某種可執行模型(如有色Petri網(CPN)、增強型功能流框圖等),添加某些信息后,運行該可執行模型,驗證概念模型描述中的動態行為是否按預期的順序執行,是否有邏輯沖突,能否達到預期的效果,另外,還可以通過模型運行收集數據,對概念模型的部分性能參數進行評價。目前關于可執行驗證法主要有三種思路,分別從不同方面對概念模型的動態行為進行驗證:思路一:從概念模型的結構化描述中,利用活動模型、數據模型的組合構建CPN可執行模型[4,14]。其主要思想是以IDEF0進行結構化描述,把每個活動變為Petri網的轉移,每個連接兩個活動的IDEF0箭頭用“弧線-位置-弧線”來替換,信息用于規定令牌的顏色設置,最后通過CPN模型的執行結果來判斷其是否符合需求。由于IDEF0是靜態模型,缺少對輸入數據、輸出數據等時序關系的描述,因此,在生成對象Petri網模型中,缺少相關信息,需要人工干預的因素較多。思路二:從基于UML的概念模型面向對象描述中,利用UML的類圖、活動圖、協作圖的組合構建CPN可執行模型。其主要思想是首先將UML類圖中的類轉化為兩種類:一種是只有屬性沒有操作的“屬性類”,另一種是只有操作沒有屬性的“操作類”,如果一個類既有屬性又有操作,則要轉換成兩個類;然后將關聯類置換為位置,關聯類中屬性設置為位置中令牌的顏色,又將操作類置換為轉移,如果類中有多個操作,則可建立轉移的子轉移;再次是根據協作圖或活動圖確定弧線的方向,最后利用規則模型中的規則產生弧線標識、規則模塊。該方法相對于思路一的優勢在于:CPN模型中的位置、轉移和令牌的設置都來源于類圖,而第一種思路則來源于不同的模型,增加了模型的構造難度,但該思路的缺點是UML的描述方法不如結構化的描述方法形象直觀,而且UML類圖和IDEF0模型類似,也是靜態模型,需要較多的人工干預。思路三:利用相關軟件實現概念模型的可執行驗證,例如Telelogic公司的TAUG2軟件。這種思路提出了將不同作戰節點的狀態圖進行連接,然后根據不同的想定將其以時序圖的方式進行執行,具有一定的可操作性和實用性,但其主要問題是無法對概念模型的行為特性進行完整的評價,且該方法只能以UML的描述為基礎,不具有通用性。

篇2

關鍵詞： 玫瑰線； 軌跡； 仿真實驗； Mathematica軟件

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）04-01-03

Model of rose curve trajectory and simulation experiment

Wang Fugui1， Wang Jianwei2

（1. College of Arts and Sciences， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801， China；

2. College of Information Science and Engineering， Shanxi Agricultural University）

Abstract： The model of rose curve trajectory is given in this paper in which it is proven theoretically. A simulation experiment has been done using mathematical software. Both the theory and experiment indicate that when ， ρ=acosnθ can be achieved. The formation rule of the rose curve is revealed based on motion. Theoretical evidence for related mechanical drawing is provided.

Key words： rose curve； trajectory； simulation experiment； Mathematical softwares

0 引言

玫瑰線的極坐標方程為ρ（θ）=acosnθ，如ρ（θ）=acos3θ表示3葉玫瑰線，ρ（θ）=acos2θ表示4葉玫瑰線等[1，2]。由于玫瑰線的曲線美觀，所以使用玫瑰線可以設計出許多非常漂亮的幾何圖案[3]。許多學者對玫瑰線的幾何特性作了研究，熊作朝先生研究了玫瑰線的周長[4]，潘陸益先生等研究了玫瑰線的花瓣數及周期性等[5，6]，李星秀先生等研究了逐點生成算法[7]。玫瑰線有許多實際應用，如掃描瞬時視場[8]，安全底紋的設計[9]等。本文建立了玫瑰線的軌跡模型，并使用Mahtematica程序設計語言編寫了玫瑰線軌跡仿真程序[10，11]。

1 軌跡模型

1.1 模型描述

如圖1所示，設動圓半徑為，動圓圓心初始位置為A（，0），動圓上的動點Q的初始位置為B（a，0），動圓的圓心P繞著原點O（0，0）勻速公轉，角速度為ω（ω>0時為逆時針旋轉，ω

1.2 模型證明

由于P點旋轉的角速度為ω，Q點旋轉的角速度為kω，故在t時刻時∠AOP=ωt，∠BPQ=kωt，如圖2所示。所以動點Q在t時刻的直角坐標為：

⑴

t時刻Q點與原點之間距離平方為：

⑵

假設t時刻Q點在極坐標系下的極角為θ（t），則

⑶

當t充分小時，與均位于第1或第4象限，故。

取，從而有：

⑷

下面驗證對于任意的時刻t時，⑷式均成立。現把⑷式轉換為直角坐標系下坐標。

⑸

⑹

由⑸式與⑹式可知，Q運動軌跡的極坐標方程為

⑺

1.3 模型應用

從⑺式知，模型中的參數k取不同的值，將得到不同的玫瑰線軌跡。令，得，故當模型中的參數時，即得到模型中Q點的運動軌跡為玫瑰線ρ（θ）=acos（nθ）（n≠1）。

2 仿真實驗

2.1 仿真程序

我們在Mathematica7.0環境下編寫了模型仿真函數roseLineTrajectory，函數roseLineTrajectory輸出動點Q的運動軌跡。源代碼如下：

roseLineTrajectory[a_， k_， Dynamic[t_]] ：=

DynamicModule[{angleCalc， p， q， tt， g}，

g[] ：= （p = RotationMatrix[t].{a/2， 0}；

（*點P在t時刻位置*）

q=RotationMatrix[k t].{a/2， 0}；

（*點Q在t時刻相對于P點的偏移量*）

Show[Graphics[{{Dashed， Circle[{0， 0}， a/2]

（*P點運動軌跡*）}，

{Dotted， Circle[p， a/2]}，

Circle[p， a/2， {Min[k t， 0]， Max[k t， 0]}]，

Circle[{0， 0}， a/2， {Min[0， t]， Max[0， t]}]，

PointSize[Medium]，

Point[p]，

Point[p+q]，

Arrow[{{0， 0}， p}]， Arrow[{p， p + q}]}，

PlotRange->{{-a-0.1， a+0.1}，{-a-0.1，a+0.1}}，

Axes -> True，

AxesLabel -> {x， y}]，

ParametricPlot[

RotationMatrix[u].{a/2， 0} +

RotationMatrix[k u].{a/2， 0}， {u， -10^-8， t}，

PlotStyle -> Thick，

PerformanceGoal -> "Quality"]]）；

LocatorPane[Dynamic[tt，

（angleCalc @@ Normalize /@ {#， tt}） &]，

Dynamic[g[]]， Appearance -> None]，

Initialization ：> （tt = {1， 0}； t = 0；

angleCalc[newp_， oldp_] ：= （t = t +

ArcCos[newp.oldp] Sign[Cross[newp].（newp-oldp）]；

tt={Cos[t]， Sin[t]}））

]

2.2 仿真程序測試

要得到3葉玫瑰線軌跡，可取參數k=-2，故調用模型仿真函數如下：

roseLineTrajectory[1， -2， Dynamic[t]]

輸出仿真交互界面如圖3所示。

使用鼠標在圖3中拖動點P，可使點P繞原點旋轉，程序將動態地輸出動點Q所劃過的軌跡，如圖4所示。

當P點旋轉一周以上時，得到Q點的運動軌跡為一條封閉的3葉玫瑰線ρ（θ）=cos（3θ），如圖5所示。

取參數時，輸入：

roseLineTrajectory[1， -4/3， Dynamic[t]]

可得到如圖6所示的7葉玫瑰線。

3 結束語

本文建立了玫瑰線的軌跡模型，對模型進行了計算機仿真實驗，通過實驗驗證了理論的正確性。通過調整模型中參數k的值，可以得到不同的玫瑰線軌跡，故該模型可以應用于機械繪制任意玫瑰線，可使玫瑰線的應用更加廣泛。

參考文獻：

[1] 同濟大學數學教研室.高等數學上冊（第4版）[M].高等教育出版社，1996.

[2] 李億民.關于多葉玫瑰線的一個注記[J].山東理工大學學報（自然科學版），2009.23（2）：88-90

[3] 楊濤，王坤茜，徐人平等.函數圖形中的玫瑰線在紡織中的應用[J].毛紡科技，2008.10：40-43

[4] 熊作朝.關于玫瑰線周長的一個恒等關系[J].思茅師范高等專科學校學報，2011.27（3）：13-14

[5] 潘陸益.玫瑰線及其應用研究[J].計算機應用與軟件，2008.25（10）：236-238

[6] 金義明，張三元.廣義玫瑰線及其應用[J].計算機應用研究，2004.3：170-171

[7] 李星秀，康寶生.玫瑰線和普通旋輪線的逐點生成算法[J].計算機工程與設計，2006.27（5）：746-748

[8] 張磊，裘雪紅.一種新的確定"玫瑰線"掃描中瞬時視場的方法[J].紅外技術，2003.25（1）：44-47

[9] 亓文法，李曉龍，楊斌等.動擺線及其在安全底紋設計中的應用[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2008.20（2）：267-272

篇3

“俄羅斯現代級Ⅱ型導彈驅逐艦”模型的構件均由塑料注塑而成，所有零件都在注塑件模板上。盡管大多數零件需要涂膠進行組裝，但尚有一些零件是通過緊密配合組裝的，如炮臺、甲板等可隨時拆卸轉動。在制作過程中，用膠粘接小零件時，涂膠要盡量少，可用針、牙簽蘸取膠水再涂在粘接點上；粘接微小零件時，可用鑷子夾著，并注意手要穩、防止夾取物崩掉。

單個零件的噴涂（圖1～圖7）應在粘接之前，遵循“先上色后粘接”原則。上色時，可先為模板上色，待干后再將零件剪下來粘接；也可將零件剪下修飾后，用鑷子夾住一個個上色；或把小零件先膠粘于相應位置再進行噴涂，如果粘接點上有漆則應先用刀刮掉。

塑料模型一般用塑料噴涂顏料噴涂上色，優點是噴涂效果好，缺點是需使用氣泵和噴筆，成本較高。初學者可用罐噴漆進行噴涂，雖然效果不很理想，但成本低。

“俄羅斯現代級Ⅱ型導彈驅逐艦”模型除了船體的水下部分需要套色噴涂，其余部分均為單一上色。

噴漆上色的第一道工序，是用底漆噴一遍（田宮自噴漆B-505-1000漆號）。第一次噴涂既要薄還要均勻，這樣干得快，有利于第二次和第三次的噴涂。通過三次噴涂，模型的顏色會均勻、光澤度好。

船體的水下部分需要套色噴涂。噴涂前先把不上色的部分用膠帶遮住，注意膠帶邊緣粘貼密實，不要留有縫隙和褶皺。為達到最好的上色效果，噴涂的地方可用刀或細砂紙先修整磨平，顏料則要少噴、勤噴，防止一次性噴漆過多留下流淌痕跡，影響外觀質量。待顏料干后，把遮擋膠帶取下。取下時切忌快速撕拉，應沿著上色邊緣輕輕將其向外翻轉，這樣噴涂上的色皮就不容易被撕掉了 。

對仿真模型來說，除了準確的拼裝外，正確的涂裝同樣十分重要，也是整個模型制作的關鍵步驟。噴涂上色時需要注意幾點。

第一點是噴涂時各種顏料的粘稠度。模型上色時，既要讓噴涂的涂層薄而勻，又不至影響零部件的精細程度，因此粘稠度要調配得適當。較稠涂料噴出的涂層十分粗糙，用高倍放大鏡看時表面都是細小的顆粒，影響模型美觀，此時可在顏料中加入適量稀釋劑。

第二點是噴槍或噴筆與模型的距離。如果太近，會因漆量過多導致顏料下淌；如果太遠，則會造成顏料的浪費。

第三點是套色噴涂時的上色順序。若噴涂帶迷彩的艦船模型，遮擋物非常關鍵。一般可選擇低粘度的膠帶紙，如電工用膠布、不干膠紙等，模型商店則有專門的遮擋用紙出售。噴涂迷彩時要仔細研究噴涂顏色的順序，即先噴什么顏色，后噴什么顏色。順序不合理會造成遮擋困難和重復施工。

噴涂小零部件時可用鑷子夾住進行。相同顏色的零件，最好粘在貼有雙面膠的木片或紙板上一起噴涂。而且，要注意粘牢零部件，否則它們容易被噴槍的高壓氣流吹走，造成丟失。

小零部件的組裝

組裝小零部件時，也可用鑷子進行。為了不使模型零件漆層表面損壞，可在鑷子尖處用布膠帶（俗稱橡皮膏）纏繞一下。裝配較大的零部件時，則應戴布質細線手套，防止污染模型表面。萬一發現有些零部件涂裝失敗，可用涂料的稀釋劑將涂層洗去，再重新噴涂。如果發現零件上有細小漏漆的地方，可用毛筆蘸取顏料補漆。在兩種漆層交界的部位，如有一種漆多余，則可用另一種顏色的漆遮擋，或用極細的水砂紙磨掉。

在模型套材的裝配圖中，標有模型各處顏色的標號和要求。同一品牌的模型顏色標號可從該模型廠家出品的模型樣本或手冊中查找。如有需要調配的涂料顏色，應盡量達到說明書中的要求。

模型上的天線，可充分利用模型套材，如不同直徑的細棍、細絲，用“拉絲”方法獲得。具體做法是：在模型塑料框架上取一小段塑料棍，先用蠟燭或酒精燈微微加熱，然后用雙手將其輕輕拉長，一條粗細均勻的細絲就做成了。當然也可選用其他材料，如塑料片、金屬片、金屬絲、金屬管等，通過粘制或焊制而成。艦艇模型上的雷達天線、欄桿等，可先用金屬絲焊制（圖8），涂裝后再與主體裝配。

模型船體的總體組裝

把模型船體和甲板上建筑的每個零部件都粘接完成后，即要對其進行整體組裝。組裝前先把電源部分安裝完畢，打開開關調試好。對整體進行組裝時，需關注模型的美化裝飾（圖9），上甲板時應特別注意在組合邊緣處涂上硅膠，保證不漏水。至此，一條完整的F4模型就完成了，接下來便可開始航行訓練。

篇4

關鍵詞：后勤仿真；后勤保障行動；組件化

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2013）001-0096-02

0引言

當前，后勤模擬已成為后勤訓練、后勤保障方案驗證、后勤裝備論證等必不可少的手段。通過模擬，可以得到與現實系統全似或相似的仿真系統，利用仿真系統的可重復性和可調整性來研究有關的后勤問題值得關注。實踐證明，后勤仿真模型作為后勤模擬仿真系統的核心，其質量對模擬仿真和訓練效果起著至關重要的作用。

我軍后勤已經開發出了各種專業的模擬系統，積累了不同種類的后勤專業模型，例如后勤指揮模擬系統、油料保障模擬系統、衛勤保障模擬系統等。這些模擬仿真系統和模型種類繁多、專業性強、結構復雜、涵蓋面寬，為我軍后勤的模擬仿真建設提供了有力的支持。20世紀90年代后，現代高新技術武器廣泛進入作戰領域，使得戰爭形態、作戰環境發生了重大變化，由此引發了作戰樣式、作戰方法和后勤保障的革命性變化，這一切向我軍的軍事斗爭準備后勤保障問題研究和后勤仿真模擬訓練，以及后勤保障仿真模型的研究工作提出了嚴峻的挑戰。

1后勤仿真模型體系結構

原后勤仿真模型體系的特點是模型沒有獨立性、與應用緊密結合、相關性強。新的后勤仿真模型體系結構劃分為5個層次：粒度層、形式層、功能層、用途層、表達層。

（1）粒度層：元模型、實體模型、動作模型、任務模型、系統模型。

元模型是粒度最小的模型，也稱顆粒模型。分物元模型、動元模型和數元模型。物元模型有燃燒室、變速箱、管線等模型；動元模型有氣動模型、散布模型、探測模型、流模型；數元模型有數學函數、基本方程式等。

實體模型是最小的受控后勤行動單元模型。如各類運輸工具、裝卸設備、手術臺、單兵等。

動作模型是最基本的戰術科目模型。如抽組、各類運輸保障、加油、裝載、卸載、手術等。

任務模型是完成預定的后勤保障行動模型，如派出運輸分隊、前送物資、前接傷員等。

系統模型是復雜系統模型，分為單專業模型和多專業綜合模型。單專業模型有后勤指揮和后勤各專業勤務保障模型系統，多專業綜合模型有聯合作戰后勤綜合演練保障模型系統等。

（2）形式層：概念模型、數學模型、邏輯模型、程序執行模型。

概念模型：對客觀世界的第一次抽象，用文字方式定性描述。

數學模型：對客觀世界的第二次抽象，用數學符號方式定量描述。

邏輯模型：對客觀世界的第二次抽象，用邏輯符號方式定量描述。

程序執行模型：對客觀世界的再現，用視覺、聲覺、嗅覺、味覺、觸覺等人類感官能感受的方式描述。

（3）表達（描述）層：實物模型、機電模型、外觀幾何模型、數字解析模型。

實物模型：用按比例縮放方式對客觀事物再現的模型。

機電模型：用機械和電器設備對客觀事物再現的模型。

虛擬幾何模型：用三維動畫或虛擬現實方式對客觀事物再現的模型。

數字解析模型：用數學式和邏輯式方式對客觀事物描述的模型。

（4）功能層：優化計算模型、判斷決策、行動仿真模型、效果評估模型。

計算模型：用于戰術或后勤勤務計算的數學模型。

判斷決策：用于后勤指揮決策計算的優化模型。

行動仿真模型：用于后勤保障行動模擬的仿真模型。

效果評估模型：用于評估后勤訓練效果或后勤保障效果的計算模型。

（5）應用層：后勤指揮模擬訓練及后勤專業模擬訓練等。

2后勤仿真模型柔性構造技術

在柔性模型框架下，調用不同粒度的多個模型，依據其相互間的依賴或控制關系，根據軍事知識和規則建立邏輯關聯，形成仿真應用系統，最終實現仿真應用。

模型的基本組成形式是：輸入口、輸出口、控制口、基礎環境和模型本體。分別包括：輸入口：輸入模型運行必需的初始數據或信號；基礎口：提供模型運行所需的公共數據；控制口：輸入運行控制指令或數據；輸出口：輸出結果數據或情況報告。

模型一般由柔性框架和多個元模型及下級模型組件，按照內在關系和運行規則組合構成。柔性框架依據任務，按照軍事規則和知識，順序調度相關模型組件，形成模型功能。

3基于組件化的后勤仿真模型構建

3.1構建組件化的后勤仿真模型基本思路

面向對象技術（ObjectOriented）盡可能按照人類認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題，具有對象封裝性和類的繼承性，開發的軟件具可復用、易擴展、易維護、易集成等特性。

隨著軟件科學的進一步發展，要求軟件能在更為廣闊的環境中應用，面向對象的思想已經難以適應這種分布式軟件模型，于是組件設計思想得到了迅速的發展。組件技術的基本思想是：將大而復雜的軟件應用劃分為一系列功能獨立、可先行實現、易于理解、開發和調整的組件。

比較成熟的組件技術規范有：OMG（ObjectManangementGroup，對象管理組織）頒布的CORBA（公共對象請求構架）、微軟公司推出的組件對象模型DCOM/COM、SUN的JavaBeans。

構建組件化后勤仿真模型具有下列優點：①組件可以先行開發，提高模型的開發效率；②各個組件提供標準化接口，對模型的開發進行了規范；③后勤各專業對組件模塊的開發實行分工負責，避免開發的不必要重復，提高組件的可重用性，降低開發成本。

3.2構建組件化后勤仿真模型的步驟

構建組件化后勤仿真模型分為下列3個階段：

（1）需求分析階段。通過需求分析確定系統的總體目標，并把系統劃分成一系列易于實現和維護的模型組件。

（2）組件模型的設計與實現階段。主要建立模型，進行模型驗證、校核和確認（VV&A），設計和定義模型組件的接口。

（3）模型組件的使用管理階段。主要是進行組件入庫，通過調用組件的接口實現組件的使用。

3.3構建基于組件化的后勤保障行動模型

通過吸收組件思想，將模型系統劃分成一系列模型模塊；然后通過模型的實現工具OMDT和編程語言，把模塊實現為標準的組件，并將各組件存入模型庫；再通過選擇組件，調用組件的接口，以使用模型組件提供的全部或者部分功能，從而實現后勤模型系統的特定功能。

建立標準科學、規范合理和標準統一的各類后勤專業不同應用層次的仿真模型庫，能夠全方位支撐學院研究性演習、示范性演習和檢驗性演習、想定作業、戰例研究等實踐性教學方式，在學院綜合演習中，實現對后勤指揮活動和環境進行模擬仿真，模擬后勤所屬分隊執行后勤保障任務，輔助后勤各專業的勤務計算以及任務預計等功能，達成練謀略、練指揮的訓練目的。在軍隊院校聯合演習中，實現與其它軍兵種模型之間的數據交互，在聯訓中體現后勤對作戰的制約作用。

參考文獻：

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關鍵詞：沙盤仿真模型；建筑材料管理；節約成本

在城鎮化進程不斷加快的背景中，建筑工程的數量發生了顯著增加。在這種情況下，建筑材料管理工作逐漸暴露出一些問題。對于建筑企業而言，這些問題的存在不僅會增加采購建筑材料的成本支出，還會對其經濟利潤的獲取產生干擾作用。因此，應在充分意識到當前建筑材料管理不足的基礎上，引入新的管理模式與方法。

1建筑材料管理現狀

由于受到管理方法不當、管理觀念不合理等因素的影響，當前我國的建筑材料管理工作中仍然存在一些問題，如建筑材料浪費、建筑材料儲存環節出現質量問題等。這種狀況對建筑工程施工產生了一定的干擾作用，甚至影響建筑企業的經濟效益。在這種情況下，提升建筑材料管理質量的重要性不言而喻。

2沙盤仿真模型在材料管理中的應用

2.1采購管理方面。從成本角度來講，建筑材料在整個建筑工程項目成本中所占的比重約在40%左右。因此，對于建筑企業而言，建筑材料的采購無疑是其主要支出項目之一。當建筑材料采購量遠遠超出工程施工需求或材料使用過程中存在材料浪費等問題時，將引發資源浪費。為了改善這種狀況，可將沙盤仿真模型引入建筑材料的實際管理工作中。在制定建筑材料采購計劃前，根據當前建筑工程的實際施工需求及相關信息，建立基于材料的沙盤仿真模型。確保沙盤模型與實際狀況符合后，參照沙盤仿真模型修正現有采購計劃中的不足，提升采購計劃與建筑材料需求之間的契合性水平，以降低采購環節的資金投入，保障建筑企業的利益不受損害。2.2儲存管理方面。結合我國傳統建筑材料的儲存管理工作來看，由于受到管理疏忽、管理方法不當等因素的影響，部分建筑材料進入工程施工現場前，會產生不同程度的損壞及缺失問題。為了改善這種狀況，提升儲存管理質量，可將沙盤仿真模型引入儲存管理的數據信息錄入環節中，將傳統的紙質記錄或信息化記錄模式轉化為雙重記錄模式：即在運用計算機錄入相關建筑材料數據的同時，構建儲存材料信息的沙盤仿真模型，為儲存管理人員提供更加直觀、立體的信息成果。在日常工作中，管理人員可通過沙盤仿真模型迅速判斷各種建筑材料的剩余量，抑制儲存管理中的偷竊材料或不恰當儲存導致材料損壞問題。例如，在建立沙盤仿真模型時，可根據各類建筑材料水泥、工程塑料、木材等的儲存條件要求，將其在模型中表示出來。在儲存條件檢查過程中，管理人員可迅速完成沙盤仿真模型與建筑材料儲存條件要求的對比，進而檢查出不恰當的儲存條件問題，保障各類建筑材料的儲存質量。2.3使用管理方面。傳統建筑材料使用管理要求管理人員按照限額領料制度，細化完成每一種建筑材料的領取及使用記錄。這種管理模式耗時較長，且很容易產生漏洞及問題。在建筑材料管理中引入沙盤管理模型后，可將傳統的使用管理調整為模型動態化變更管理。當施工單位提出某種或多種建筑材料的使用申請后，管理人員可以直接對當前沙盤仿真模型進行調整。在整個建筑工程施工過程中，施工單位提交申請后，管理人員能夠迅速通過沙盤仿真模型判斷其所需建筑材料的剩余量，并及時制定采購計劃[1]。若施工單位存在虛報材料消耗量、故意隱瞞材料使用狀況等問題時，沙盤仿真模型可以為管理人員的判斷提供可靠的參照依據，進而提升建筑材料的使用率，保障建筑企業的經濟利益不受損害。2.4材料整理方面。當建筑工程項目進入竣工階段時，建筑材料管理的工作量將迅速增加。在這一期間，管理人員需要負責完成建筑工程項目建筑材料計劃使用量、材料實際使用量的核對，總結二者產生差距的原因；分類統計剩余的建筑材料，并開展材料入庫工作；開展建筑殘料、廢料的處置與清理工作，在節約工程項目材料成本的同時，提升建筑工程項目施工的環保性水平。出于縮短竣工階段建筑材料整理工作時間、提升管理工作效率的目的，可運用沙盤仿真模型對這項工作進行改善與優化。例如，可分別于建筑工程項目施工前、施工開始時，建立建筑材料計劃使用沙盤仿真模型及動態性材料實際使用模型。相對于竣工階段的繁瑣性核對工作而言，沙盤仿真模型可有效縮短管理人員的核對時間，且核對過程中錯誤的幾率將顯著降低。

3沙盤仿真模型的應用策略

3.1管理人員培訓策略。目前，傳統建筑材料管理工作對管理人員的專業性要求相對較低。相比之下，基于沙盤仿真模型的建筑材料管理則對管理人員提出了較高的要求。為了保障沙盤仿真模型的有效應用，需根據管理人員的專業性水平、知識基礎等要素，開展沙盤仿真模型應用的針對性培訓工作。從沙盤仿真模型的介紹、應用優勢入手，結合實例演示幫助管理人員建立正確的認知，更新其管理觀念，使其對沙盤仿真模型管理模式形成一定的認同[2]。為了保證培訓效果，還根據建筑企業的實際建筑材料管理需求，設置考核問卷，評估管理人員的學習質量，為沙盤仿真模型在建筑材料管理的應用奠定良好的基礎。3.2強化施工監管策略。除了采購管理與儲存管理外，后期的材料使用管理及核對管理直接受到建筑工程施工狀況的影響。當施工單位并未按照建筑材料使用計劃進行施工時，將會為材料管理工作帶來一定的難度。因此，在引入沙盤仿真模型這種新型管理模式的同時，還應該加強對建筑工程施工監管工作的重視，協同材料外部管理與工程內部使用管理，縮小材料實際消耗與預期材料使用計劃間的差距，間接提升沙盤仿真模型管理模式的管理效率。當監管中發現問題時，應在詢問材料管理人員的建議后，采取適當的措施進行糾正，以提升建筑材料的利用率，遏制材料浪費等問題的發生。

4結束語

沙盤仿真模型的引入可以有效改善建筑材料管理質量，提升管理工作的效率。沙盤仿真模型的應用具體體現在建筑材料的采購管理、儲存管理以及使用管理等方面。為了促進沙盤仿真模型作用的有效發揮，需要借助管理人員培訓策略、強化施工監管策略，為這種新型管理模式的引入營造良好的環境。

作者:陳立峰 單位:江蘇省徐州技師學院

參考文獻：

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關鍵詞：地鐵列車；空氣制動；仿真模型；AMESim軟件

地鐵列車中使用的制動系統是空氣制動系統，該系統通常采用微機控制，通過直通電進行空氣制動。地鐵制動系統中包括下列幾個主要的組成部分：制動指令發出與傳輸單元、BCU（制動控制）單元、基礎單元以及供風單元。傳統的列車空氣制動系統對其進行制動特性檢驗時，往往采用的是實際試驗方法。近年來，仿真模擬技術受到了更多的歡迎。國內外的專家學者們利用MATLAB軟件和數值分析方法構建出了具體的數學模型，發明了全新的針對性氣路仿真軟件AMESim。下面我們對典型的制動系統進行AMESim仿真模擬，并進行相應的試驗驗證。

1.空氣制動系統

地鐵列車采用的制動系統通常為電空直通系統，是一種典型系統的的原理模型。整個系統中包括控制氣路以及動力氣路兩大部分，其中，控制氣路中有制動、緩解、緊急電磁閥以及空重車閥組成，通過控制各個電磁閥完成在中繼閥上方預控不同壓力的任務；動力氣路中包括中繼閥、副風缸、管道以及制動缸，中繼閥可以通過打開和關閉制動缸控制氣路，進而達到緩解和制動的基本作用。

當地鐵列車收到司機室傳來的常用制動指令時，BCU就可以根據具體的制動要求以及氣壓實時調整具體的壓力輸出，空氣進入到制動缸以后制動缸中的活塞開始作用于閘片，進一步對踏面進行制動作用，通常這種制動發生在車速小于12km/h的低速過程中，整個制動過程中會有拖車動作。若是地鐵列車收到緊急停車指令，那么BCU將會輸出最大壓力，進行摩擦制動。另外，停放制動通常用在防止遛坡事故中。所以，分析地鐵列車的空氣制動系統，主要分析重點應該是氣制動回路。

2.仿真模型的構建

2.1基本原理

AMESim軟件中有多個元件庫，包括電子、液壓、氣動、控制、機械等等，根據標準氣動元件的組合搭配，可以建立起相應的列車空氣制動系統模型，并不需要相對復雜的數學方程。

模型構建的基本原理基于三個基本單元，包括容性、阻性以及感性單元。其中，容性單元中有著氣體的容腔，模型傳熱期間其內部氣體便會發生相應的動態變化，所以，容性單元的模擬模型是瞬時的。具體的壓力變化如式（1）所示：

（1）

式中，p表示的是容腔中的氣體產生的壓力， 分別表示有氣體質量、溫度、體積變化導致的容腔氣體產生壓力。

阻性單元中不包含容腔，那么不涉及傳熱效應，氣體壓強和溫度瞬間表示如式（2）所示：

（2）

式中，qm表示阻性單元的質量流量， 表示元件兩端的壓差，兩者呈非線性關系。

感性單元則主要用于描述氣體具體的宏觀運動狀態和慣性，管道中的氣體運動特性可以通過伯努利方程表達。但是，通常情況下，氣體具有的質量以及黏性都很低，慣性效應并不予以考慮。

2.2模型構建

空氣制動系統比較復雜，系統中涉及到的緊急、制動、緩解電磁閥可以統一采用通用型電磁閥代替，但是中繼閥以及空重車閥仍然需要進行二次開發模擬。采用AMESim軟件，依據上文中的基本原理，可以構建出空氣制動系統的基本模型。模型中包含了系統中涉及到的所有元件裝置，信息流有氣動和控制信息，氣動信息由管路相連接，控制信息可以通過電磁閥控制。另外，f（x）表示的是空重車閥的輸出信號，其變化與空氣彈簧的壓力值有關。

EP單元為控制閥，可以根據制動指令調節中繼閥中的CV；空重車閥則表現出受到車輛載重的影響，CV壓力的具體變化；中繼閥的作用是將壓縮空氣的具體流量進行放大，可以等效為活塞缸，兩邊分別是制動缸產生壓力以及CV壓力。另外，對于該系統中的管路、風閥、防滑閥等元件，由于其容積變化相對較小，可以采用固定容積進行模擬。

3.結果驗證分析

構建出仿真模型以后，便可以進行實際工況模擬，常見的工況包括常用制動、緊急制動以及階段制動。設計常用制動壓力CV為250kPa，時間為10s，將0-2s規定為緩解，2-6s規定為常用制動，6s以后則規定為再次緩解直到仿真結束，根據常用制動模擬仿真結果可以看出，CV壓力的變化要快于制動缸壓力響應速度。出現這種現象，是因為中繼閥會受到結構中產生的背壓，同時，在制動緩解時CV壓力同樣下降速度要快于制動缸的壓力，二者之間出現的最大延時不大于0.5s。

緊急制動模擬時，將CV壓力設計為500kPa，根據仿真結果發現CV壓力變化與常用制動的變化趨勢是相同的，但是制動缸的壓力上升速度要大于常用制動工況。

階段制動工況下，設計仿真時間為20s，發現0-2s為緩解，2-12s表示階段制動，12s以后則是再次緩解直到仿真結束，結果顯示該過程中，制動缸壓力反應慢于CV壓力。經對比分析，該結果和常用制動以及緊急制動的結果是相同的。

4.結語

地鐵列車空氣制動系統經過仿真模擬后，經試驗驗證，發現常用制動以及緊急制動的制動缸壓力變化時間比仿真時間長1/10，滿足系統的功能條件。制動結束以后，中繼閥內部元件可以起到有效的阻尼租用，進而誤差并不影響列車的正常使用。

參考文獻：

[1]左建勇，王宗明，吳萌嶺.地鐵列車空氣制動系統仿真模型[J].交通運輸工程學報，2013（02）.

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關鍵詞：雷諾應力模型；標準k-ε模型；有限體積法；計算流體力學；轎車；外流場

中圖分類號：U467.13；TP391.9；TB115；O35文獻標志碼：A

Modeling and simulation on outer flow field around sedan based on RSM

ZHU Hui, YANG Zhigang

(Shanghai Automotive Wind Tunnel Center, Tongji Univ., Shanghai 201804, China)

Abstract：The outer flow field over sedan is modeled and simulated based on Reynolds Stress Model (RSM) and Finite Volume Method (FVM). 3D steady numerical simulation is carried out for 1∶1 sedan model in 20 m/s velocity value. Especially, the mesh structure, boundary condition and choice of pressure-velocity coupling are specified. By comparison with the results of experiment and standard k-ε model simulation, it is showed that RSM model is better than standard k-ε model when they are adopted to simulate the separated outer flow field around sedan. The results are significant for the study of outer flow field over vehicles.

Key words：Reynolds stress model; standard k-ε model; finite volume method; computational fluid dynamics; sedan; outer flow field

0引言

空氣動力學指標是轎車最重要的參數之一.[1]車輛空氣動力學仿真借助計算流體力學(Computional Fluid Dynamics, CFD)方法研究車輛空氣動力學的特性(如“六分力”等).目前計算結果和實驗結果之間存在的誤差[2]可能由紊流模型和數值特征(網格類型和數量、數值方法、計算方案)所引起或由二者結合所致.

本文采用數值建模仿真法，通過比較兩種湍流模型(雷諾應力湍流模型(Reynolds Stress Model, RSM)和標準k-ε模型)的計算結果，并與風洞實驗結果進行驗證，揭示在描述轎車車外流場的分離特性時RSM模型優于標準k-ε模型.

1湍流模型

計算實踐表明：對于三維性和各向異性較強，并伴有流動分離的流場(如航空葉輪機械、旋風分離設備、化學反應裝置等)，雖然RSM模型計算量較大，但其計算結果優于標準k-ε模型.[4，5]

文獻[6]將汽車尾跡中漩渦形成的機制歸納為5類，皆體現大分離和各向異性的特性，加之車體近壁面的特性，使得汽車繞流的數值和實驗分析非常復雜.標準k-ε模型在模化時引入各向同性假設，勢必對流動中強各向異性的特點體現不足.基于以上分析，本文采用RSM和標準k-ε兩種模型對轎車外流場進行研究.

2幾何模型及網格說明

為使計算結果具有普遍性(不局限于具體產品)，采用如圖1所示的轎車1∶1簡化模型(忽略車窗、后視鏡和車門把手等表面附件)，其長、寬、高分別約為4.6，1.7，1.6 m.

空間計算區域，長22 m，寬10.4 m，高5.4 m.x正向為從左到右的空氣流動方向, y正向為從左到右橫截方向, z正向垂直向上.網格劃分是數值分析過程中的重要環節之一，其形式直接影響結果的合理性和精度[7，8].本文基于有限體積法(Finite Volume Method, FVM)對計算區域進行劃分和流場計算，所以網格方案為關鍵技術之一.為減輕數值黏性的影響，計算區域為2個長方型區域，為不等間距結構六面體網格，內部為四面體非結構化網格.為了節約CPU時間，在流場變化較為劇烈的地方采用較密的網格,以提高計算精度,而在車體以外較遠區域采用較稀的網格，總數320萬單元.具體見圖2.

3物性、邊界條件及迭代方法

由于模擬計算的空氣流速較小,空氣的可壓縮性可以忽略，即認為空氣的溫度、黏性和參考壓強不變,表1列出計算條件下的各種參數值.

出口采用壓力出口邊界條件，表壓取0 Pa.K，ε及雷諾應力的取法與進口類似.

地面和車身皆采用無滑移邊界條件，其目的是與實驗情況保持一致.計算域回型面采用對稱邊界.

迭代方法采用PATANKER[9]和SPALDING于1972年提出的分離式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)算法，其核心為“猜測―修正”過程，在交錯網格的基礎上計算壓力場，得出速度場，反復修正，從而達到求解控制方程組的目的.具體計算步驟見圖3.

4計算結果

(1)從對轎車外流場模擬的整體圖譜看，兩種模型給出的信息較為吻合.與文獻[6]所給出的測試圖譜比較，可見兩種模型對轎車外流場的總體描述(壓力梯度、速度等的分布)是可信的.

(2)轎車外流場的特征為：在前臉處存在氣流滯止區，由此氣流分開繞流車體，下部氣流由于地面、車底部和車輪的相互作用，情況比較復雜；上部氣流在繞流車體時，于發動機罩和擋風玻璃之間發生局部氣流分離；氣流經過頂蓋向后發展，與從車底部上卷氣流相互作用，在車體尾部發生較大分離；其渦形態，根據剪切層相互作用模型描述為車身尾部上下兩剪切層卷起一對上下漩渦，兩渦繼續向下游發展，以馬蹄渦的形式存在于分離區內.

(3)通過圖6～8之間及表2的比較可見，在同等網格質量條件下，具有各向異性特質的RSM模型在描述具有明顯分離特性的轎車外流場時，要優于具有各向同性特質的標準k-ε模型.所以，RSM結合FVM對車輛外流場研究具有借鑒意義.

參考文獻：

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關鍵詞：空氣系統 實時仿真 不可壓流體

中圖分類號：O351.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0136-02

1、引言

航空發動機空氣系統是關系到發動機熱端部件冷卻的內流系統[1]。空氣系統通常是從壓氣機的適當位置抽取空氣，通過發動機主通道的內側和外側的各種流動元件按設計的流路及要求的流動參數（壓力，溫度和流量）流動并完成規定的各項功能：供給并控制渦輪冷卻葉片的冷卻空氣，保證葉片冷氣進口具有要求的壓力和溫度；冷卻渦輪轉子、靜子等熱端部件，保持工作時允許的溫度狀態；控制壓氣機盤軸的溫度狀態；為軸承提供封嚴空氣；阻隔高壓熱氣入侵等。因此空氣系統在航空發動機設計中舉足輕重。

航空發動機空氣系統一直以穩態計算為主，一般留有很大域度。隨著航空發動機的發展，穩態計算已經不能滿足需求，空氣系統精確化設計成為一個不可避免的問題。民用適航規章CCAR33部中有多個條款涉及到對航空發動機空氣系統的要求。

適航標準要求空氣系統設計中必須考慮飛行包線內的工作特性，并且盡可能保證航空發動機在整個工作循環中能過正常工作。這些要求都需要對空氣系統的設計進行瞬態設計，準確掌握其在整個工作循環中的工作狀態，避免局部失效和瞬間失效，同時也可以為結構、傳熱等設計提供詳細的數據，便于其他部分的設計。因此空氣系統的實時仿真是亟待解決的問題。

2、空氣系統瞬態計算方法

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【關鍵詞】RePast 逃生模型 仿真

1 引言

煤炭行業是我國從業人數眾多的行業之一，與此同時，煤炭行業也是事故多發的行業之一。因此煤礦安全逃生就成為國內外研究者重點研究的一個問題，在我國尤其具有重大的研究意義。疏散模擬軟件、數W建模、虛擬現實技術和計算機建模技術等是研究煤礦安全問題常見的研究方法。

2 模型簡介

RePast由芝加哥大學社會科學計算研究中心[11]開發研制，是一個開源的仿真工具，支持Java語言，主要用來給復雜性個體行為建模。

礦井逃生模型中涉及到了RePast仿真的三要素：模型對象（Model Object）、空間對象（Space Object）和主體對象（Agent Object），在該模型中分別由CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個類實現。CoalMineModel類是模型對應的仿真程序的起點，實現模型的控制，它是最優先執行的。CoalMineSpace類為模型中的Agent提供空間活動環境，CoalMineAgent類實現模型中Agent的各種設置（如種類、屬性等）和Agent的控制。

包括CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個類的礦井逃生模型仿真程序包括Private void buildModel()方法、Private void buildDisplay()方法和Private void buildschedule()方法。

Private void buildModel()方法用于創建模型運行的環境，包括主體對象和環境對象兩種。利用Private void addAgents()方法可以在模型中添加numAgents個Agent，再利用Private voidbuildModel()方法導入井下巷道地圖。除此以外，還可以在模型中設置災害的初始發生坐標，避災點和出口位置等信息。

Private void buildDisplay()方法用于創建顯示界面和圖表。模型中需要顯示的主體和圖表都是通過這個方法進行顯示的。模型運行起來后，其顯示界面是一個二維的網格結構，每一個網格代表一個Agent可以移動到的位置，因此每一個網格都有對應的坐標。在Private void buildDisplay()方法中，可以記錄和報告Agent的活動狀況；圖表用來記錄模型中每一個“tick”（RePast仿真平臺中的時間單位）所對應的參數的值，在本模型中主要是同來統計逃生的Agent數量。通過Displaysurface對象可以實現顯示界面，Displaysurface對象通常放在一個預定義的setup()方法中，此方法常用來對模型進行參數配置。

Private void buildschedule()方法建立改變模型狀態的時間表，即模型在什么時間運用什么方法調用什么對象。在模型中，每運行一個“tick”,顯示界面和圖表都會相應地進行更新，本模型中用于記錄每一個時間段Agent的情況及災害的蔓延情況。

CoalMineAgent類實現Agent的活動，包括Agent的初始化、訪問控制、所在空間的更新、Agent移動的方向矢量設置、Agent的顯示以及狀態報告等內容。CoalMineAgent類中包括了public void step()、public void setVxVy()、public void draw()、public void report()等方法，實現了Agent的設置、顯示和狀態報告等內容。

CoalMineSpace類實現模型中空間活動環境的初始化、災害的初始發生地、Agent在空間中的初始化分布等情況設置。在空間活動環境中，每一個柵格都有一個對應的坐標，可以用（x，y）來表示，Agent就在這樣的柵格單元上活動，其坐標與柵格單元的坐標相對應。CoalMineSpace類包括了public void setFire()，public boolean addAgent()，public int getTypeAt()，public boolean moveAgentAt()等方法，分別實現災害初始發生地的設置、Agent的添加、災害類型的設置及Agent的移動位移的設置。

除了以上三個主要的類以外，還有兩個類Disaster和Point，用于設置災害的基本信息和空間環境中的避災硐室及出口位置等信息。

3 模型的仿真結果

礦井逃生模型的運行界面如圖1所示。

模型界面包括六部分，分別是：

（1）RePast仿真平臺工具條，位于模型界面的最上方，實現對模型的運行控制；

（2）Coal Mine Display，模型運行的顯示界面，顯示模型運行過程中的各個“tick”的狀態；

（3）RePast Output輸出窗口，輸出模型運行過程中的統計數據；

（4）fireInSpace窗口，統計火災蔓延情況；

（5）Coal Mine Model Setting窗口，設置和顯示模型中的參數；

（6）Amount Of Agent In Space窗口，火災發生時Agent的逃生情況統計。從圖3的（6）窗口中可以看出，大部分Agent在火災蔓延到自己所處的工作面時已經實現成功逃生。

4 結束語

本文利用基于RePast的仿真平臺對礦井逃生模型進行仿真，給研究煤礦安全問題提供了一個新視角。利用該模型能夠較好的實現井下逃生。下一步的研究將是對Agent的種類和決策及模型的運行規則加以細化，并將針對不同災害類型和Agent生成不同的逃生路線。

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作者簡介

張俊瑞，女，碩士研究生學歷。主要研究方向為智能軟件技術。

王秀華，女，碩士學位。主要研究方向為數據庫與智能信息處理。

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關鍵詞：元胞傳輸模型；元胞密度；交通流量；回滯現象

中圖分類號：TP391；U491 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）11-0046-02

0 引 言

隨著社會經濟的發展，交通運輸問題越來越成為人們關注的焦點，交通仿真模型應運而生。利用交通仿真可以預測交通流在各種交通管理方案下的特性變化，從而對管理方案進行評價和改進。其中，宏觀模型尤其是元胞傳輸模型，可以較好地模擬出激波、排隊形成、排隊消散以及多路段間的相互影響等交通動力學特性。

元胞傳輸模型的研究仿真主要集中于元胞長度不變，流量-密度的關系圖為理想的三角形，即無回滯現象。但是在實際中，城市路段多且長度較短，長短不一；此外，路段中的普通段和引道段長度不一樣。對于這兩種情況，可以直接利用可變元胞傳輸模型建立不同長度的元胞，并且流量-密度的關系圖中存在亞穩態區，此區域的存在導致了回滯現象的發生。而這兩點將是本文研究的核心內容。

1 路網選擇與符號定義

在一個含有匝道的雙向四車道的高速公路上，為了模擬高速公路上的交通流，將現實路網劃分如圖1所示的由相互連接的長度可變的同質小段（元胞）構成的計算機仿真路網。

在道路狀態演化時間T內，對t∈[0，T]引入如下變量：

L（i）：元胞i的長度，每個元胞的長度等于自由流交通在一個單位時間內行駛的距離。元胞長度一般選擇為100～1000 m；

m：元胞數，本文m=13；

λ：元胞i的車道數，本文λ=2；

ρi（t）：t時刻元胞i的密度，單位是輛/km；

ρc1：流量密度關系中，車輛由自由流轉向擁擠的臨界密度；

ρc2：流量密度關系中，車輛由擁擠轉向自由流的臨界密度；

v：自由流速度，本文中每個元胞的自由流速度相等，單位為km/h；

ω：擁擠波波速，單位是km/h；

ρJ：擁擠密度，單位是輛/km；

qmax：元胞的最大通行能力，單位是輛/h；

Si（t）：t時刻元胞i-1流向元胞i的車流量，即發送量；

Ri（t）：t時刻元胞i能夠接受的車流量，即接收量；

fi（t）：t時刻元胞i-1能夠流入元胞i的實際車流量；

fi+1（t）：t時刻元胞i能夠流入元胞i+1的實際車流量；

Si（t）：t時刻駛出匝道車流量；

ki（t）：t時刻元胞i的狀態。

2 考慮回滯現象的可變元胞傳輸模型

元胞傳輸模型是由LWR理論離散并求解該模型得到的。CTM假定流量與密度服從三角形形式的函數關系。實際上，自由流區與擁擠區不是完全孤立的，兩者之間存在著相互重疊的部分，這一區域成為亞穩態區。在該區域內，車流有可能處于自由流狀態，有可能處于擁擠狀態。亞穩態區域的存在導致了回滯現象的發生，即自由流到擁擠流相變時的車流密度往往高于擁擠流到自由流相變的車流密度。本文對亞穩態區域導致的回滯現象做了進一步的說明。

考慮回滯現象的流量-密度關系圖中，定義ki（t）為第t個時刻元胞i的車流狀態。假定ki（t）=0時，表示此元胞在此時刻處于自由流狀態。當t時刻i元胞的密度大于ρc2時，ki（t）=1；當t時刻i元胞的密度小于ρc1時，ki（t）=0；否則，密度處于兩臨界密度之間時，ki（t）=ki（t-1）。即：

而元胞密度可以根據離散化迭代公式計算得到。

3 仿真流程設計

根據考慮回滯現象的可變元胞傳輸模型，在Matlab環境下建立交通流計算機仿真流程。在仿真中，用連接路段的交通流量和密度來模擬路網上的交通流狀況。在仿真開始前根據高速公路上的實測數據初始化交通仿真路網所需的交通流仿真參數。仿真過程主要分為流量計算、更新模塊和密度計算。

在仿真中，利用外循環仿真一段時間的車流狀況，外循環次數為仿真總時間與仿真步長dt的比值取整。在可變元胞傳輸模型中，仿真步長dt應該取元胞長度與自由流速度的比值中的最小值，這樣便可以更精確地模擬出交通流情況。在第一個循環體內，考慮回滯現象的流量與密度的關系圖，根據公式計算并執行每個節點的實際流量，并記錄流入每個元胞的凈流量；在第二個循環體內，根據LWR模型連續方程的離散化公式，執行每個連接路段的車流密度。重復執行上述兩個模塊，直到判斷外循環結束。最后畫出流量與密度的二維、三維圖，以便進行分析。

4 仿真與結果分析

采用可變元胞傳輸模型進行仿真，仿真對象為36.56 km的一段西安高速公路。利用可變元胞傳輸模型的原理將此段高速公路分為由32個元胞組成的模型，則此路段的元胞長度的集合為：

L={0.96，1.0，1.12，1.12，…，1.12，1.12，1.0}km

且第19個節點處有分流匝道。其中，擁擠密度為480輛/km，自由流速度為39 km/h，路段的最大通行能力為774輛/ （h·車道），分流系數為0.5，進入仿真路網進口的平均車流量為1200輛/h。其仿真結果如圖2所示。

5 結 語

本文設計的仿真流程是基于可變元胞傳輸模型，在此基礎上模擬道路交通分、匯流對道路交通流的影響。采用長度可變的元胞，并考慮回滯現象，可以更精確地模擬實際的道路交通流現象，更接近實際，因而可以仿真在不同交通管理方案下主干道交通流的變化和不同交通管理方案下主干道交通流的變化以及進行不同服務水平下收費站的瓶頸效應等交通仿真。

參 考 文 獻

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