本教材系统地讲述了仿真的一般理论和方法，并特别注重介绍系统仿真在交通运输领域中的应用。全书共16章，主要内容包括：离散事件系统仿真的一般理论、基本概念，使用Excel和AnyLogic软件建立离散事件系统仿真模型的一般过程；基于Agent的仿真建模方法和系统动力学仿真建模方法，并给出了基于AnyLogic软件的建模实例；仿真中的统计模型、随机数和随机变量建模；有关仿真数据分析方面的内容；使用AnyLogic软件的轨道交通、行人交通、道路交通仿真建模实例。

系统仿真是一门融系统科学、运筹学、概率统计及计算机应用于一体的综合性理论和方法，它借助计算机和仿真软件对现实世界中的各种情景及仍处于概
念阶段的各种设想加以模拟，并以此达到对系统进行分析、设计与评价的目的。 它体现了一种实验思考的方法论，对探索复杂系统深层次的运行机理并揭示其 规律性具有十分重要的意义。


仿真思想的出现可追溯到18世纪的随机实验，但直到20世纪40年代蒙特卡罗方法的提出才奠定了其理论基础。进入20世纪60年代，随着GPSS仿真软件的问世，仿真方法得到了飞速发展，已经广泛应用于制造业、服务业、交通运
输、通信系统、计算机网络系统、航空航天、医疗保健及经济金融等一系列领域， 取得了十分可观的经济效益和社会效益。系统仿真的发展与作为重要支撑的仿 真软件进步是密不可分的，从GPSS、SLAM、SIMSCRIPT等早期仿真语言，到 SIMAN/Cinema等具有动画仿真功能的编程语言，直到不需要程序编码的可视 化仿真软件AnyLogic、Arena、Simio等，仿真软件的多次飞跃使得仿真从只有专
业人员才能使用的方法变成了一个大众化的工具。


仿真技术在交通系统中有着广泛的应用。利用交通仿真模型，研究人员可以动态、逼真地仿真交通流和交通事故等各种交通现象，深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路及交通流的交通特性，从而有效地开展交通规划、运输组织与管理、交通能源节约及物资运输等方面的研究。此外，采用计算机仿真的方法，可以避免进行一些费用昂贵且周期很长的交通调查和现场实验，能够以很小的代价获得难以调查的数据，再现多种交通现象，也就是说，可以从一个新的视角开展对交通系统的研究。


当前关于仿真的著作虽已有很多，但对交通运输相关专业的学生来说，由于这些著作更多的是侧重于理论介绍，且缺乏针对交通系统相关工程问题的实例分析，学生学习效果并不十分理想。因此，本书在综合介绍仿真理论、技术和方法的基础上，有针对性地选取交通系统相关实例，更为适用于交通运输专业学生学习。


在对交通运输、交通工程等相关专业学生教学过程中，如何将建模与管理决
策观点相结合是一项颇具挑战性的任务。一方面，仿真软件的应用意味着一定的编程背景；另一方面，仿真模型开发中的技术问题可能会分散学生对真正研究目标的注意力，即借助仿真软件进行管理决策分析和决策支持。因此，本书在使
用仿真软件进行建模的实例介绍中，重点是阐述使用仿真建模方法进行决策的 基本原则，在将技术复杂性降到必要的最低程度时，主要关注的是管理决策分析。在现有的各种仿真软件中，AnyLogic是颇具代表性的一个，它提供了离散事件仿真、基于智能体仿真和系统动力学仿真三种仿真建模方法，并支持多方法 的应用集成。此外，它还提供了轨道库、道路交通库和行人库，极大地方便了用
户快速建立交通系统仿真模型。本书的主要目的是全面介绍系统仿真的基本理论和方法，并特别注重介绍 仿真方法在交通运输领域的应用。内容包括:系统仿真的基本概念，离散事件系统仿真、基于智能体仿真和系统动力学仿真三种仿真方法的基本原理，仿真输入建模、输出分析和仿真实验等。通过学习，能够用仿真模型正确地表达交通系统
复杂工程问题，识别和判断复杂工程问题中的关键环节；能够理解影响设计目标 和技术方案的各种因素，并设计针对交通系统复杂工程问题的解决方案;能够面向交通系统复杂工程问题，按照“调研、设计、实施、归纳”的思路开展科学研究。


本书在编写过程中参考了大量国内外相关的书籍和文献，主要参考文献列于书后，如有疏忽导致未列出的，请联系本书作者，将及时改正，并在此表示歉意。


本书由大连交通大学李季涛任主编，大连交通大学王晚香、汪玲任副主编，西南交通大学鲁工圆任主审，大连交通大学王宇参与编写。具体编写分工如下：李季涛编写第1章至第3章、第10章、第11章，王宇编写第4章，王晚香编写第5章、第9章、第12章，汪玲编写第6章至第8章。研究生王露萱、张宇鹏、武帅、任炜等协助完成了部分建模实例的撰写工作。


由于本书涵盖内容较多，加之作者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正。


编 者


2025年2月于大连

第1章仿真入门11.1初识仿真11.2系统、模型和仿真71.3如何实施仿真141.4仿真研究的实施过程241.5仿真建模方法28练习题33第2章离散事件系统仿真352.1引例———铁路车站自动售票机排队系统352.2问题分析392.3仿真模型的组成元素412.4事件调度/时间推进算法462.5基于事件调度的手工仿真512.6仿真中的随机性61练习题65第3章排队系统建模与仿真673.1排队模型673.2排队系统的性能指标703.3使用电子表格对排队系统仿真733.4使用仿真软件对排队系统仿真823.5流程建模扩展953.6AnyLogic中的事件控制983.7AnyLogic模型运行设置102练习题106第4章基于智能体仿真1074.1基础知识1074.2智能体仿真建模技术1124.3智能体仿真建模实例1194.4状态图1264.5火势蔓延模型130练习题138第5章系统动力学仿真1

李季涛，大连交通大学副教授，北京交通大学研究生毕业，多年从事铁路运输组织、铁路运输系统仿真、铁路信息化专业的教学和实践工作，具有丰富的教学与实践经验。

本书在综合介绍仿真理论、技术和方法的基础上，有针对性地选取交通系统相关实例，更为适用于交通运输专业学生学习。通过学习，能够用仿真模型正确地表达交通系统复杂工程问题，识别和判断复杂工程问题中的关键环节；能够理解影响设计目标和技术方案的各种因素，并设计针对交通系统复杂工程问题的解决方案；能够面向交通系统复杂工程问题，按照“调研、设计、实施、归纳”的思路开展科学研究。