В статье рассматривается использование игрового движка Unity для моделирования транспортных потоков с целью исследования и оптимизации дорожного движения в условиях городской инфраструктуры. Предложен метод создания виртуальной среды с реалистичными моделями дорожной сети, транспортных средств и светофорного регулирования. Проведен анализ возможностей применения физических моделей движения и алгоритмов управления транспортными потоками в Unity. Разработанный прототип симуляции позволяет визуализировать и тестировать различные сценарии организации дорожного движения, включая изменения в дорожной разметке, работу адаптивных светофоров и перераспределение транспортных потоков. Полученные результаты демонстрируют потенциал использования Unity как инструмента для исследования транспортных систем, предварительной оценки эффективности внедрения новых решений и обучения специалистов в области транспортной логистики.

Ключевые слова: Unity, моделирование транспортных потоков, симуляция дорожного движения, оптимизация транспортных систем, виртуальная среда.

Введение

Современные города сталкиваются с проблемой перегруженности дорожной сети, что приводит к росту времени в пути, увеличению выбросов вредных веществ и снижению общей эффективности транспортной системы. Для поиска эффективных решений в области управления движением все чаще применяются компьютерные симуляции, позволяющие исследовать различные сценарии и оценивать их влияние на транспортные потоки без вмешательства в реальную инфраструктуру.

В данной работе рассматривается методика построения виртуальной среды в Unity для моделирования транспортных потоков и анализа эффективности различных решений по оптимизации дорожного движения. Предлагаемый подход ориентирован на исследовательские задачи и практическое применение в транспортном планировании, тестировании алгоритмов адаптивного управления движением, а также подготовке специалистов в области логистики и организации дорожного движения.

Моделирование системы

Моделирование транспортных потоков является одним из ключевых методов анализа и оптимизации дорожного движения, позволяя прогнозировать поведение транспортной системы и оценивать эффективность различных решений до их внедрения. Для создания симуляций применяются три уровня моделирования:

Макроскопический уровень — транспортный поток рассматривается как сплошной поток с параметрами плотности и скорости, без учета поведения отдельных транспортных средств.

Мезоскопический уровень — учитываются группы транспортных средств и их взаимодействие, но без детального моделирования индивидуальных объектов.

Микроскопический уровень — моделируется поведение каждого отдельного транспортного средства, включая его физические характеристики, реакции на дорожные условия, действия других участников движения и управляющих элементов.

Для задач оптимизации на локальных участках сети (перекрестки, сложные развязки, участки с высокой интенсивностью движения) наиболее информативным является микроскопический уровень, который позволяет наблюдать влияние изменения параметров регулирования на движение каждого автомобиля.

Основные элементы системы моделирования транспортного потока:

1. Дорожная сеть — структура, включающая участки дорог, перекрестки, полосы движения, зоны разгона и торможения, светофоры и дорожные знаки.
2. Транспортные средства — объекты с индивидуальными параметрами (скорость, ускорение, минимальная дистанция, приоритет).
3. Алгоритмы маршрутизации — набор правил, определяющих движение автомобилей, реакцию на светофорные сигналы, перестроение и объезд препятствий.
4. Система управления движением — модели фиксированных циклов светофоров или адаптивного регулирования на основе интенсивности потока и времени ожидания.
5. Метрики эффективности — средняя скорость потока, время ожидания, длина очередей, коэффициент загрузки дорожной сети.

Для разработки симуляции транспортных потоков в Unity была спроектирована виртуальная модель городской дорожной сети, включающая несколько перекрестков, полосы движения и регулирующие объекты. Процесс разработки включал следующие этапы.

Создание дорожной инфраструктуры

На основе схемы реального участка города создана упрощенная карта:

— определено количество полос движения, направление потоков и точки пересечений;

— добавлены светофоры, дорожные знаки и пешеходные переходы;

— подготовлена навигационная сетка (NavMesh) для автоматического построения маршрутов транспортных средств.

Проектирование транспортных агентов

Каждый автомобиль представлен как автономный агент с параметрами:

— физические характеристики (скорость, ускорение, торможение, размеры);

— логика соблюдения дистанции и реагирования на препятствия;

— маршрутизация с учетом приоритетов и дорожных правил.

Агенты используют простые алгоритмы «следования по полосе» и «остановки на светофоре», что позволяет формировать очереди и наблюдать за их динамикой при изменении правил регулирования.

Информация о транспортном потоке собирается с помощью сенсорных зон (триггеров), расположенных перед светофорами.

Рис. 1. Визуальное представление рабочей системы

Архитектура системы

Структура модели построена модульно, что позволяет изменять и расширять симуляцию

1. Модуль дорожной сети — хранит данные о дорогах, перекрестках, полосах движения и навигационных точках.
2. Модуль транспортных агентов — управляет созданием, перемещением и взаимодействием автомобилей.
3. Модуль светофорного регулирования — отвечает за логику переключения сигналов, включая адаптивные сценарии.
4. Модуль сбора данных — фиксирует метрики эффективности (длина очередей, среднее время проезда, пропускная способность).
5. Интерфейс визуализации — отображает состояние транспортной системы в реальном времени.

Рис. 2. Диаграмма взаимодействия модулей системы

Сценарии моделирования

Система протестирована в условиях низкой, средней и высокой интенсивности движения. Анализ показал:

— более равномерное распределение потоков на пересечении;

— возможность гибкой перенастройки параметров без модификации архитектуры.

Заключение

В работе представлена разработка системы моделирования транспортных потоков на базе игрового движка Unity, позволяющая анализировать и оптимизировать дорожное движение на уровне отдельных перекрестков. Разработанная архитектура модели включает модульную структуру, что обеспечивает гибкость в масштабировании и внесении изменений в сценарии симуляции.

Применение Unity как платформы для подобных исследований открывает возможности для наглядного анализа транспортных систем, проведения обучающих симуляций и тестирования новых алгоритмов управления движением без вмешательства в реальную инфраструктуру.

Дальнейшее развитие работы может включать расширение модели до уровня городской транспортной сети, внедрение более сложных алгоритмов искусственного интеллекта для автономного принятия решений транспортными агентами и интеграцию данных из реальных транспортных датчиков для построения цифровых двойников дорожных участков.

Литература:

1. Бондаренко А. В. Моделирование транспортных потоков: методы и алгоритмы. — М.: Транспорт, 2018.

2. Смирнов И. П. Интеллектуальные транспортные системы. — СПб.: Питер, 2020.

3. Шахов В. А., Киселев Д. С. Компьютерное моделирование дорожного движения. — М.: Лань, 2019.

4. Unity Technologies. Unity Manual: Traffic Simulation. — Unity, 2023.

5. Герасимов Н. К. Системы управления движением в мегаполисах. — М.: Наука, 2017.

6. Трофимов А. Ю. Агентное моделирование сложных систем. — М.: Бином, 2021.