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软件设计项目书

软件设计说明书

目录

1概述3

2仿真解答3

2.1数字化城市网络故障仿真3

2.1.1设计任务3

2.1.2设计规那么3

2.1.3设计目标4

2.1.4设计模型4

2.1.5设计思想和模型实现4

2.2数字化城市智能交通仿真5

2.2.1设计任务5

2.2.2设计规那么6

2.2.3设计目标6

2.2.4设计模型6

2.2.5设计思想和模型实现7

2.3仿真实现8

3总结13

数字化城市管理计算机仿真

摘要：

本文采用了面向对象技术对城市网络、交通路网等城市生命线通道建立了简单的模型，根据模型在计算机上模拟这些系统的运行状态。

然后，仿真在数字化城市平台上对这些线路进行综合管理调度。

最后，通过仿真可以得到的优化的结果，作为对现实世界中的对象进行调度的依据，从而节省资源与提高效率，展现了计算机仿真和模型在数字化城市决策支持系统中的巨大作用。

关键词：

数字化城市，建模，网络仿真，交通仿真，仿真实现，面向对象

1概述

1.1题目

“动感地带〞杯大学生创意设计大赛。

1.2数字化城市的认知

从概念上，“数字化城市〞广义上指城市的信息化，是指数字技术、信息技术、网络技术渗透到城市生活的各个方面。

其本质是对物质城市及相关现象统一的数字化重现和认识，是用数字化的手段来处理、分析、管理整个城市，促进城市的人员流动、物质流动、资金流动、信息流动、交通流动的通畅，协调和高速运行。

从技术上，数字化城市首先要建立和空间位置有关的信息数据库。

在此根底上,建立各种信息管理系统和监控与决策系统,如,城市规划系统、交通指挥系统、配电管理系统等

。

1.3仿真和模型在城市数字化进程中的作用

要用数字化的手段来分析和管理整个城市，就要对现实生活中物质城市及相关现象进行统一的数字化重现和认识。

而现实生活中的大局部现象都是离散的，要想准确地得到各种现象的运行规律，就要对各种现象进行建模，然后对所建模型仿真，以测试模型的准确性，并且随着时间的推移，不断地修正模型。

依赖于模型建立的数字化城市能准确地反映城市的信息，提升数字化城市运行的效率。

1.4采用面向对象仿真技术的原因

面向对象建模与仿真方法根据系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型，仿真模型的对象通常表示了实际系统中的实体，从而弥补了模型与实际系统之间的差距

。

运用数字化城市来分析和管理城市，是会涉及到城市系统中实体间的相互作用关系的。

采用面向对象设计仿真系统，将系统分解为多个对象，使得问题的求解变为对象之间的协同计算，增加了仿真系统的直观性和易理解性。

2仿真解答

利用计算机仿真某数字化城市网络故障调度的过程和效能。

2.1.2设计规那么

城市数字化进程中，通讯网络起着至关重要的地位。

整个城市信息的收集、传输，都是需要网络来实现的。

网络性能的优劣直接影响城市数字化的程度。

数字化城市的网络应该能对随时发生的网络故障，进行即时的调度，使得城市受网络故障的影响降到最低。

（1）网络传输规那么

1〕网络故障调度系统可以对分布在全网内所有的网络控制器进行控制。

这些网络控制器可以是路由器、交换机等设备。

2〕初始状态：

仿真开始时，全网的网络传输处于一种正常的状态。

〔2〕故障点产生规那么

1〕初始位置：

每个故障点产生的位置是任意的，故障点只能是分布在网络传输线路上。

2〕行为特征：

故障点产生之后，会改变它所在传输线路上的流量检测器的流量数值。

〔3〕调度算法

1〕调度目标：

根据故障点产生的位置，采取调度措施，使得调度之后网络的效能更高。

2〕算法：

具体算法，对于故障点地寻找采用了广度优先遍历算法，针对故障点的处理参加了效劳优先级的思想，即在处理的过程中可以进行中断。

2.1.3设计目标

〔1〕展现城市网络的根本拓扑结构。

〔2〕实时显示城市网络传输各线路的工作状态信息。

〔3〕通过计算机随机构造故障点或人为构造故障点，显示出故障点的涉及范围和处理方案。

2.1.4设计模型

1.模型假设

〔1〕网状分布的城市网络，并且传输线路根本沿公路网分布。

〔2〕图上每个连通节点都是一个网络控制器。

网络控制器具有实时信息反应和远程控制功能。

〔3〕对于数字化传输线路的静态信息，起始点和终点位置等数据与二维地图的空间信息予以绑定。

〔4〕每条传输线路段等距离分布3个流量检测器。

〔5〕实时采集数字化传输线路的动态信息。

2.模型

模型框图如图1所示。

反应

图1模型框图

2.1.5设计思想和模型实现

1.设计思想

〔1〕传输线路结构说明

因为现实生活中，城市网络主要是一种非线性的结构。

现在城域网的网络层次是：

核心层、会聚层、接入层。

主干网一般都布置成环状网，具体延伸到小区域内的网络那么布置成星状的。

即城市中的网络是星状和环状共存的。

并且网络中的各节点之间是具有一定关系的。

比方，核心层网络通过会聚层节点将流量分配到会聚层，而会聚层网络通过接入层节点将流量分配到相应的局域网中。

而在图结构中，节点之间的关系是任意的，图中任意两个元素都可以相关。

这正可以反映出城市网络中节点之间的关系的。

如图2所示。

〔2〕结构特点

图中数据元素是顶点，顶点之间的关系用弧来表示。

对应到网络中，连通节点就是顶点，线路就是顶点之间的关系。

节点存储了网络控制器和流量检测器的信息，线路存储了首尾节点坐标和线路的属性信息。

图2城市网络

2.模型实现

〔1〕实现思想

通过对城市主干网数字化综合数据的采集，来对城市主干网进行调度。

主要类：

传输线路类〔CGuanxian〕用来存储城市中的每一条传输线路信息，节点类〔CLiantong〕主要存储城市传输线路与传输线路之间连接的节点信息。

在程序中，通过对这些信息的处理，综合成城市的全面的主干网络信息图。

具体方法是，将城市中的线路信息和连接点信息读入到内存中，将所有线路的地址通过一个对象〔m_ptGX〕来管理〔m_ptGX的类型是CPtrArray，CPtrArray类支持void指针数组〕，所有连接节点的地址通过一个CptrArray类型的对象m_ptLT来管理。

程序中，数据的流动就是通过对象ptGX和m_ptLT来传递的；而线路和连通点的信息显示那么是通过CGWShowData类来实现的。

〔2〕重要对象的组织结构

CGuanxian的数据结构

intm_num;//记录线路号

CPointm_ptBegin;//线路的开始点

CPointm_ptEnd;//线路的终点

UINTm_peoUsed;//多少用户使用

intm_pa1,m_pa2,m_pa3;//分别记录这条线路上的三个传感器数值

CLiantong的数据结构

intm_num;//记录连通点号

CPointm_pt;//连通点的位置

CPtrArraym_closePt;//记录和此连通点相连接几个连通点

intm_state;//表示其状态开或关

intm_pa;//记录此连通点上传感器的数值

2.2数字化城市智能交通仿真

2.2.1设计任务

利用计算机仿真某数字化城市交通调度的过程和效能。

2.2.2设计规那么

城市的数字化进程，要促进城市的信息流动、人和物的流动。

而交通那么起着十分重要的作用。

在数字化城市中，交通调度是非常智能化的。

交通调度系统可以根据现实世界中采集的信息，对城市的交通进行实时的调度，使得人流和物流变得十分畅通。

1.规那么

〔1〕交通网规那么

1〕数字化城市的交通调度系统可以对城市的任意路口的交通信号灯进行调控。

2〕初始状态：

仿真开始时，各路段的交通都是稳定的。

3〕要求：

每次只能针对一个交通路口实施监控和信号灯的控制。

〔2〕红绿灯规那么

1〕十字路口同一方向上的两个红绿灯是同步的，并且横向和纵向的红灯和绿灯的相位正好是相反的。

2〕调度系统可以根据路段上的汽车的数量来调节红灯时间和绿灯时间的长度。

〔3〕小车规那么

1〕所有小车的大小和速度是相同的。

2〕在十字路口处的小车只能直行，不能进行转弯。

2.调度算法

〔1〕调度目标

本交通调度系统的目标是是减少城市交通拥堵的事件的发生。

通过分析交通流特性，及时检测到已经发生或潜在的交通堵塞事件，采取有效的调度策略，降低拥堵发生的概率。

〔2〕评价指标

根据最终的目标可以确定,此交通调度系统的评价目标函数是：

F=h〔m〕/T

式中,h〔m〕为仿真时间内横向和纵向方向上通过的汽车总流量，T为仿真时间。

当F越大时，代表此交通调度系统越优化。

2.2.3设计目标

〔1〕界面上展现城市交通网的根本拓扑结构。

〔2〕实时显示交通网中的某一十字路口根本交通流信息：

车流信息、红绿灯时间。

〔3〕通过界面可以展示通过对红绿灯时间进行实时的调控，可以提高城市的交通流量。

2.2.4设计模型

1.模型假设

〔1〕在交通网络中所有十字路口都设置了可以远程控制红绿灯。

〔2〕交通网络中的静态信息，如某一路段的起始和终点位置等数据是要和二维地图的空间信息绑定。

〔3〕交通网络中的动态信息，如每个路段的交通流量数据为实时反应信息。

〔4〕交通网络中所有汽车的大小、车速都是统一的。

2.模型框图

十字路口的模型框图如图3所示。

图3模型框图

2.2.5设计思想和模型实现

设计的十字路口界面如4所示。

图4十字路口

1.设计思想

通过小车类〔CCar〕来构造多个小车对象，须构造出每辆车的速度、位置、行驶方向等信息，通过小车信息对象〔m_ptCars〕来实时记录各小车对象行驶的信息。

用路口交通调度对象〔CLight〕来收集和显示各个车辆在交通路口的运行状况，并通过这个类对路口的交通进行调控。

程序中，各对象之间的消息传递是通过对象ptCars来实现的。

2.组织结构

CPointm_ptBegin;//记录当前车在图形上初始显示位置

CPointm_ptEnd;//记录当前车在图形上消失位置

CPointm_pt;//记录车当前的位置

intm_length;//车的长度

intm_speed;//车的速度

intm_style;//车的行驶方向

COLORREFm_rgb;//标记车的类型，通过不同颜色标记

voidCarMove（）;//车移动

boolIsCarWillOut（）;//判断车是否会消失

boolIsCarCanMove（）;//判断当前情况下，车是否可以移动

2.3仿真实现

仿真实现的程序主窗口，如图5所示。

图5主窗口

2.4.1网络故障调度仿真

1.仿真实现

〔1〕点击按钮将翻开城市主干网络图，如图6所示。

图6主干网络图

〔2〕点击按钮，进入城市主干网控制面板界面。

如图7所示。

图7主干网控制面板

〔3〕点击按钮，将显示城市主干网信息查看窗口。

如图8所示。

图8信息查看窗口

〔4〕点击显示连通点信息按钮，进入连通点信息界面。

如图9所示。

图9连通点信息界面

〔5〕点击恢复正常数据按钮，可再次运行仿真程序。

系统提供了自动仿真和人工仿真两种方式。

如图10所示。

图10仿真方式选择

〔6〕点击显示网络出错信息按钮，进入显示网络出错信息界面。

如图11所示。

显示查错结果。

图11

〔7〕系统实时显示各段网线和连通点的动态流量信息。

如图12所示。

图12流量信息

2.自动仿真

点击

按钮，可在软件的提示下显示和完成仿真。

效果如图13所示。

图13

3.人工仿真

点击

，根据提示

，在城市主干网络图中双击某一线路，提示

，显示网线信息中可以发现异常线路。

如图14所示。

〔1〕在显示连通点信息中可以发现异常节点。

如图15所示。

图15

〔2〕可以在显示网线出错信息中查看错误。

如图16所示。

图16

〔3〕在网线流量图中查看。

如图17所示。

图17

〔4〕在节点流量图中查看。

如图18所示。

图18

〔5〕在地图上显示出错点点击

，显示效果如图19所示。

图19

2.4.2交通调度仿真

点击

显示或隐藏城市主交通网，效果如图20所示。

图20

点击

，根据提示

，双击主城市主交通网上的一个交通灯

，进入此交通路口，效果如图21所示。

图21

可以根据右方控制面板上的按钮，控制仿真的进度。

可以手动点击优化交通，或者打上自动，即可根据当前交通情况，对交通道路优化。

如图22所示。

图22

3总结

针对数字化城市，本文建立了两个模型，并进行了仿真。

在仿真建模过程中，对复杂的城市系统进行了简化，得出的模型能在一定程度上反映城市系统的运行状态。

但是仿真过程中只利用了一些重要的影响因素来作为模型的参考量。

这样设计出的模型还不能够彻底地反映现实世界中的城市规律。

如果要建立起正确的城市系统模型，就要对城市系统进行细致地完备地研究，并进行仿真评价。

在此根底上建立起的数字化城市，才能更好地为人们效劳。

参考文献:

[1]　闯少鸣，苏义坤.关于数字化城市的探讨.情报科学,2003（4）.

[2]　郭齐胜等编著.系统仿真.国防工业出版社,2006（8）.