交通运输系统仿真课程设计报告书.doc

淮 阴 工 学 院交通运输系统仿真课程设计小组成员:组长：周业凯 学 号：1101501138 李东亚 1101501131 杨敏锐 1101501115 季东升 1101501116 庞 瑞 1101501114 李鸿霞 1101501101系（院）：交通工程学院专 业:交通运输班 级：运输1101 第三小组指导老师：陈大山/周桂良2013年6月目 录1课程设计的目的和要求.3 1.1课程设计的目的.3 1.2课程设计的要求.32课程设计的内容.43课程设计的任务.54课程设计要求说明.55课程设计步骤与方法.76课程设计时间及进度安排.87实地调查与数据收集.97.1淮阴工学院南、北园(枚乘路）地理区位.97.2淮阴工学院南、北园(枚乘路）交通量调查.97.3通过交叉口车辆组成.12 7.4交叉口几何尺寸调查.128信号配时.128.1相位方案设计的基本事项.128.2相位示意图.138.3信号配时原理.149具体的信号配时.1610路网评价.1711数据采集仿真结果分析.1712 课程小结.181.课程设计的目的和要求1.1课程设计的目的为了巩固和进一步掌握在交通运输系统仿真授课中学到的理论知识和技术方法，实现理论和实际相结合，提高教学质量，交通运输类专业学生进行交通运输仿真课程设计。通过该环节的动手操作，使学生掌握交通仿真模型分析、各基本模块的灵活运用、专业仿真软件操作，提高分析和解决实际问题的能力。还使学生的组织能力提高、合作精神培养方面得到锻炼。课程设计是对学生学习和运用专业知识的综合考核和检查，使学生接受工程师基本训练的重要环节，是整个课程学习的重要组成部分，课程设计的特点是，内容所涉及的知识面较一般习题为光，有较强的系统性和综合性，在运算、绘图、编写说明书方面也有较高的要求，但份量应适当控制，注意不使学生负担过重，因此，可采取通过课外习题分散集中设计和进行两种方式。其基本目的是：(1)培养学生理论联系实际思想，训练学生善于综合运用课堂所学理论知识发现问题和解决问题的能力。(2)熟悉交通建模技术、交通数据提取技术、交通系统评价技术和交通系统仿真技术。(3)进行基本技能训练，对现有资料进行整理、计算和分析，对计划进行评估等。(4)培养学生的创新能力。1.2课程设计的要求（1）熟练掌握系统仿真的基本原理；（2）熟练掌握交通运输系统仿真模型的构建；（3）熟练掌握交通运输系统仿真软件的选择和使用；（4）能对数据进行输入分析，能利用仿真得到的数据进行系统优化和改进。2.课程设计内容根据教学内容的典型性和综合性特点，进行相应课程设计。认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤：通过阅读有关资料等，复习课程有关内容，交通运输系统仿真课程设计要求掌握运输系统仿真的基本方法和步骤。具体内容如下： (1)内容描述与定义首先要在分析、调查的基础上，明确要解决的问题及实际的目标，确定描述这些目标的主要参数以及评价准则。根据目标，清晰地定义系统边界，辨识主要状态变量和主要影响因素，定义环境及控制变量。同时，给定仿真的初始条件，并充分估计初始条件对系统主要参数的影响。(2)建立仿真模型 在交通系统仿真模型中，主要应根据交通实际数据状况，系统中的建模以及时间推进机制，按交通规律系统建立模型。(3) 数据采集对于原始数据，除了必要的仿真输入数据以外，还必须收集与仿真初始条件及系统内部变量有关的数据。这些数据往往是某种概率分布的随机变量的抽样结果，因此要对这些参数做必要的统计调查分析、通过分布拟合，参数估计以及假设检验等步骤，确定这些随机变量的概率函数，以便输入仿真模型，实施仿真运行。(4) 模型的确认 目前模型的确认常用是三步法确认，第一步由熟知该系统的专家对模型作直观和有内涵的分析评价；第二步是对模型的假设、输入数据的分布进行必要的统计检验；第三步是对模型作试运行，观察初步仿真结果与实际系统估计的结果是否相近，以及改变主要输入变量的数值时仿真输出的变化趋势是否合理。 (5) 模型的编程实现与验证 在建立仿真模型后，就需要编制相应的仿真程序，以便在计算机上作仿真运行实验，仿真程序的验证主要采用分块调试和整体程序运行的方法。 (6) 仿真试验设计 在进行正式仿真运行之前，均应进行仿真试验框架设计，也就是确定仿真试验的方案。仿真试验设计包括仿真时间区间、精度要求、输入输出方式、控制参数的方案及变化范围等。 (7) 模型的仿真运行 经过确认和验证的模型，就可以在试验框架指导下在计算机上进行运行计算；在运行过程中，可以了解模型对各种不同输入及各种不同仿真方案的输出响应情况，通过获得的所需实验结果和数据，掌握系统的变化规律。 (8) 仿真结果的输出与分析 对仿真模型进行多次独立重复运行可以得到一系列的输出响应和系统性能参数的均值等，并对结果进行详细分析。3.课程设计任务 淮阴工学院大学城南北校区行人过街信控仿真设计：为解决淮阴工学院南北校区行人过街交通问题，建立南北校区行人过街信控解决方案。包括：道路的交通参数调查，机动车、非机动车及行人的交通特性调研，设计平峰与高峰两组信号配时方案，三维录像，并对仿真的交通流数据进行统计分析。4.课程设计要求说明 课程设计要求：本次课程设计分小组进行，每个小组根据不同的选题，各成员进行合理分工，每个人先独立完成自己负责的方案部分，再统一协调最后提交一份由小组共同完成的设计成果，并由组长进行10分钟的课程设计内容PPT汇报；设计过程中，根据合理的进度安排，按照交通系统仿真建模与仿真的流程及方法，认真地开展课程设计活动；最后设计出交通仿真方案；设计文档用A4纸打印，字迹清晰，页面整洁，并按任务书要求装订成册。 课程设计纪律要求：本次课程设计集中在指定地点（交通工程学院计算机机房或教室）进行，设计期间严格考勤，按时作息，一般不允许请假，如遇特殊情况，需写请假条报院领导批准，否则按旷课处理，如果请假或旷课总时数累计达全部设计时间的三分之一以上，该课程设计成绩按零分计；此外，不得以任何理由请人代交作业，否则本次课程同样以零分计。 课程设计时间安排：一周设计时间，第16周。 周一至周二：确定选题；构建交通仿真方案的整体框架；进行方案的背景、条件及可行性研究；周三至周五：对具体仿真方案进行设计；并对方案进行仿真数据分析；最后整理提交文档。 5.课程设计步骤与方法 按照课程设计的内容要求，统一的步骤如下 :l 打开VISSIM并新建文件 l 设置仿真参数 l 创建编辑速度曲线 l 检查和编辑车辆类型特征 l 新建交通构成 l 调查得到研究路段背景图片 l 打开、缩放、存储背景图片 l 绘制车行道和人行横道的路段与连接器 l 在路网的端点和人行横道分别输入交通流量和行人流量 l 输入路径决策点和相关路径 l 输入速度变化 l 创建信号控制的信号灯组，输入定周期的时间。 l 在路网中输入信号灯头 l 输入专用左转、红灯右转、人行横道的优先规则 l 设置输出文件，例如行程时间、延误时间、排队计数器、数据采集点等 l 运行仿真，对多次仿真结果进行处理 6.课程设计时间及进度安排 课程设计时间：6月8日6月9日，6月13日6月14日进度安排情况 ：进度安排表序号内容时间（天）1设计准备、下发任务书0.52数据采集0.53数据整理、系统仿真24编写设计说明书、PPT0.55答辩0.57实地调查与数据收集 7.1交叉口地理区位根据实地观察测量和分析讨论，本组对整个交叉口形状、车道划分与交通流运行轨迹进行了绘制，如下图所示。人 行 道人 行 道东进口西进口枚乘路是连接淮安市大学城的主要交通动脉，西连淮安市主干道淮海南路。东西向为主干道，机动车道为双向4车道，东进口道为1条直行车道（可右转）、一条左转车道，西进口道为1条直行车道（可右转）、一条左转车道。公交车站设置在东进口以及西进口的右转车道右边，公共汽车主要进行直行。南北向为连接淮阴工学院南、北园的人行道。7.2交叉口交通量调查本组通过实际观测的方法测得了道路交叉口的交通流量等信息。主要调查方法为，对各车道分配人员进行定时调查车种及车辆流向数量以获得交通流量。具体观测时间为晚高峰下午2点到5点，交叉路口的机动车交通流量较为稳定，交通流量通过每隔10分钟记录一次，整理后的平峰小时人流量与高峰小时交通量、人流量见下表。表1 东进口小时交通流量时间段（东进口）小汽车货车公交车总计左行右行直行左行右行直行左行右行直行14.00-15.00373383110910918315.00-16.004027722141000817316.00-17.00282474211130113166 表2东进口小时交通流量时间段（西进口）小汽车货车公交车总计左行右行直行左行右行直行左行右行直行14.00-15.0033367607800816815.00-16.003926694129001017916.00-17.0027257235141011158 从调查的数据可以得到，枚乘路与淮阴工学院南、北园交叉口的主要流量分布在东西两个进口道，平均流量超过了172pcu/h。pcu/h是：每小时当量小客车通行数。表3南行小时行人流量时间段（南行）人流量非机动车14.00-15.0019715915.00-16.0040918616.00-17.00192174表4北行小时行人流量时间段（北行）人流量非机动车14.00-15.0018314715.00-16.0039117616.00-17.00190160从调查的数据可以得到，枚乘路淮阴工学院南、北园交叉口的主要人流量和非机动车流量高峰期小时交通量，出现在15.00-16.00时间段内，非机动车换算成行人，按1：1，则高峰小时交通量为581人/小时，平峰小时交通量为351人/小时。此外行人平均速度1.15m/s；非机动车的平均速度3.47m/s。机动车的平峰速度25km/h；高峰时速度为18km/h。7.3通过交叉口车辆组成表5 通过交叉口车辆组成流向 车型小型车货车公交车东进口4188132西进口40362297.4交叉口几何尺寸调查表6 交叉口几何尺寸调查表进口道方向车道数（单向）直行车道数右转车道数左转车道数车道宽度(m)车头时距东进口21113.52.12西进口21113.52.248、信号配时 在平面交叉口设置信号控制的目的，是通过为不同流向、不同种类交通流提供通过路口的时间路权，从时间上消除路口内交通流的冲突点。优化信号配时可减小城市道路网络上的车辆延迟、降低交通事故、减小环境污染和燃油消耗，从而可有效利用道路设施。在还不具备条件实现自适应的面控系统的情况下，可在单个交叉口进行优化配时。8.1相位方案设计的基本事项一般来说，交叉口形状越复杂，相位方案也越复杂。相位数增加，相应的会引起相位改变时损失增加，因此交叉口处理交通的能力将会下降，但是交叉口交通流之间的冲突却会减少。合理的相位和相序助于提高通行能力和道路利用率。相位方案的设计应先充分考虑交叉口的构造（各进口道及出口道的宽度、车道数等），交通条件（交通量、左右转率、直行交通量、车头时距等）以及交叉口的布局（附近与交通相关的设施、视觉的良好与否等），同时要考虑以下使用信号控制相位的基本注意事项：应确保同一交通流线上相位的连续性。对同一个交通流设置两种以上相位时，这些相位在时间上要保证连续性。本设计针对枚乘路交通流特性，根据所提供数据分析，结合机动车的通行特性，得到了多相位信号控制条件，采用三相位进行配时设计。8.2相位示意图 相位1 相位2 相位38.3信号配时原理首先计算每车道的饱和流量S，使用下式进行计算：S3600/h式中：h 饱和车头时距流量比计算，求出： 式中：第i个实际到达流量（调查得到）； 第i相位流向的饱和流量（调查得到）式中：第i个相位的最大流量比ymax各个相位的流量比我们国内一般采用“韦伯斯特”信号配时优化公式，得到信号最佳周期为： 式中：信号最佳周期，s；L表示每个周期的各相位总损失时间，s，其计算如下式：式中：车辆启动损失时间，应实测，无时间数据可取3秒；I绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间，一般黄灯为3s，全红灯为24s；A黄灯时间，有一般为3s；n所设相位数；确定完最佳周期后，再计算总有效绿灯时间：各相位有效绿灯时间由下式确定：各相位的绿信比，按下式计算：= gei/各相位实际显示绿灯时间：9 具体的信号配时 平峰信号配时高峰信号配时10 路网评价平峰时信号灯设置前后路网评价(所有的车辆类型) 平均每车的延迟时间:1.187（S);22.861（s)平均每辆车停止次数: 0.057(次）；0.692(次)平均速度:25.870(km/h)；16.218(km/h)平均每辆车停车延迟:0.139（s);20.389(s)高峰时信号灯设置前后路网评价(所有的车辆类型) 平均每车的延迟时间:1.583(s);32.832（s)平均每辆车停止次数:0.096(次）;0.622(次）平均速度:18.512(km/h);10.897(km/h)平均每辆车停车延迟: 0.460(s);30.653（s)11数据采集仿真结果经过仿真和数据处理可以得出，在红色区域的平均车速为22.7KM/H，绿色区域平均车速为13.6KM/H,，双向四车道车辆总数为373辆，与真实情况相符。11课程小结季东升 通过为期一周的课程设计，我更加扎实的掌握了有关交通系统仿真方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过大家一次又一次的思考和相互讨论，一遍又一遍的检查终于顺利地解决问题了，能够很好的完成此次任务我感慨颇多，受益匪浅。这主要是我们组一起努力的结果，尤其是周业凯和李东亚不仅个人能力突出，而且有很好的团队意识。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论于此同时也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。 实践出真知，通过亲自动手制作，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。学到很多很多的东西。李东亚 这次课程设计将路况模拟到软件上，前期通过实地调查取得真实数据，后期通过软件制作来实现仿真，并得出实际意义的结果。 这次仿真实验，我主要负责vissim的制作，虽然原来学习过一段时间的vissim但是这次实验依然充满挑战，最困难的一部分是信号灯配时，因为原来课程学习的时候，对这一方面要求的不是很高，所以原来就有些似懂非懂。但是这次要自己通过计算来设置信号灯配时，所以要自己找资料，计算等等。 虽然过程很艰难，但是看到运行的软件依然充满欣慰。我们小组分工明确，合作紧密有序，圆满的完成了这次课程设计的任务。最后感谢陈大山老师的悉心指导。庞瑞 通过一周的课程设计，每位组员都很辛苦也很尽责，由组长分配任务，一起讨论一起出去到校门口实地计数，相互配合相互照应共同测量了一个下午的数据，我和季东升负责数进入北苑大门的行人和非机动车，细致而又真实的记录下了南北苑之间出入大门的行人和非机动车人数和校门之间枚乘路路过校门口的行车速度。组员用测量出的数据制作了仿真，接下来就是我和季东升在做出结果的基础上制作PPT，全组人员分工细致，团结互助，共同完成了这一课题。 在陈大山老师和周业凯组长的指导和帮助下，我对系统仿真软件的认知有了很大的提升，此次课程设计帮助我们增加了团队凝聚力，每个人的思考能力和动手能力都有了进一步的提升，这帮助我们在今后的学习与工作中遇到类似问题时拥有参考的价值。杨敏锐 为期一周的交通系统仿真课程设计快要结束了，在这一周中，通过一开始对数据的测量调查，使得我对南北园的人员流向与非机动车的组成有了一个大概的了解，并且有了这个详细的数据，使得在过后两天的用VISSIM软件模拟真实的交通状况提供了很大的基础帮助。在后面的几天里面，真的开始在教室中进行课程规划的核心部分，我负责的是数据的统计与计算。 在此过程中，我知道了更为详细的数据组成与南北园之间的人流结构。在计算域统计的过程中，还遇到了一些麻烦，但是在同组人员的帮助下，和自己查阅资料的情况下，得到了解决。此次的课程设计让我知道了自己在仿真中的不足之处，希望以后可以跟大家一起了解，往更深处探索系统仿真的奥妙之处。李鸿霞 首先，本次课程设计实现了理论与实践相结合，提高了教学质量，通过本次课程实际不仅让我更进一步了解仿真这门课程，还提高了动手操作的能力。 其次，做为本专业的必修课程，通过本次课程设计的数据采集环节部分，还让我了解到了要做好交通运输专业这一研究是多么不容易的一件事。同时，这不是一个人能完成的，需要一个团队的团结协作精神。 最后，很感谢我们这一组成员的包容和帮助，让我能够完成本次课程设计的任务。感谢组长的帮助，在我做错的时候，能够耐心地给我指出错误。同时我还学到了，要做好一名组长是多么不容易的事情，在这一方面，我还有待加强和学习。周业凯 关于交通运输系统仿真课程设计，首先我感到很意外自己是小组组长。既然老师选我作为组长，我就要尽心尽力地将本次课程设计做好。首先，我把我们组要做的课程设计的内容看一下，分析需要哪些数据，中午就开始设计调查表，下午分配任务开始调查。 以后几天都在机房在进行数据加工与处理，通过李东亚、季东升、杨敏锐、李鸿霞、庞瑞等人的分工与合作以及陈大山老师的指导，我们终于较为顺利的完成了本次课程设计。 通过本次课程设计，感觉自己在相关知识的学习与应用方面还存在着许多不足，需要向老师和同学学习。同时，我也深刻的意识到团队力量的强大，没有团队成员的共同努力就不可能取得成功。21