交通建模仿真.doc

1. VISSIM介绍VISSIM为德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件系统，用于交通系统的各种运行分析。该软件系统能分析在车道类型、交通组成、交通信号控制、停让控制等众多条件下的交通运行情况，具有分析、评价、优化交通网络、设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具。VISSIM软件系统内部由交通仿真器和信号状态发生器两大程序组成，它们之间通过接口来交换检测器的呼叫和信号状态。"交通仿真器"是一个微观的交通流仿真模型，它包括跟车模型和车道变换模型。"信号状态发生器"是一个信号控制软件，它以仿真步长为基础不断地从交通仿真器中获取检测信息，决定下一仿真时刻的信号状态并将这信息传送给交通仿真器。图1.1交通仿真器和信号状态产生器之间的交流2.仿真模型的说明交通仿真是典型的离散系统仿真，被仿真事件在时间上是离散的、随机的，交通行为的产生整体符合分布规律。仿真模型是用一系列的数据、逻辑条件表达式和若干公式组成。 2.1路口描述模型 路口描述模型描述了交叉口的形状、车道功能等，是用一组数据表示的静态模型，在仿真过程中保持不变。模型参数是通过路口参数输入对话框送入的。参数有：路口名称，路口类型（正十字口，畸形口，丁子口），畸形口中心距，车道数，车道宽，停车线距离，隔离带宽，车辆检测器位置，车道功能选择等。 22车辆描述模型 车辆描述模型描述了车辆的形状、位置、颜色、速度、来向、去向、期望速度、车辆反应时间等。模型参数随着车辆的随机生成而产生，某些参数随着车辆的运行而改变。车辆描述模型与车辆生成模型、车辆运行模型有着密切的关系，是它们模型算法执行结果的直接反映。 2.3车辆生成模型 车辆生成模型描述了车辆的随机到达数分布，到达车辆的车型分布，到达车辆的流向分布，到达车辆车道选择方法，到达车辆车色分布。车辆生成模型是交叉口车辆运行模型的基础。 (1)车辆到达数分布模型 车辆到达数的分布是离散型的随机分布，又称之计数分布，反映了在某一固定时段内到达给定地点车辆的随机数。车辆到达分布数常见的有泊松分布、二项分布、负二项分布三种。其中泊松分布用于描述计数时间间隔极短，车流密度不大，车辆间相互影响较小，其他外界干扰基本不存在的交通状况；二项分布用于描述车辆比较拥挤，自由行驶机会不多的车流；负二项分布用于描述车辆稀密相间，具有高方差的车流。泊松分布基本公式是： 式中：p(x)为在计数间隔t内到达x辆车的概率；x为给定时间间隔到达的车辆数；e为自然对数的底数，e=2.71828；m=t为计数间隔t内平均到达的车辆数，N是小时交通量，为车辆平均到达率（veh/s），t为每个计数间隔持续的时间（s）。 (2)车道选择模型 车辆车道选择取决于车道功能的划分。根据用户指定的车道功能，各入口引道最内侧车道分配给左拐车，最外侧车道分配给右拐车，直行车加入到允许直行的车道中交通量较少的车道。2.4车辆运行模型 车辆运行模型是交通仿真模型的核心，它决定了车辆自由行驶、跟车行驶、加速、减速、拐弯、红黄灯停车、避车等全过程。 (1)车辆速度模型 自由行驶 在交叉口入口路段或出口路段，如果前导车和跟随车的距离超过某个极限值dmax时，认为前导车对跟随车不产生影响，这时跟随车以期望速度行驶，即： CarSpeed=RoadSpeed 避车 直行车与相交道路左转车在冲突点A附近相遇时发生冲突现象或直行车与右转车在汇流点B附近相遇时发生汇流现象，如图1所示。在本仿真模型中，由于每一方向的车辆都按渠化后的固定轨迹行驶，所以路口形状给定后，冲突点和汇流点是若干个固定点。我们认为车辆离这些点一定距离时，就要根据对向来车的情况考虑避车。我们把这个距离称为冲突检测距离。 图2.1 交叉口内车辆冲突示意图a 左转车与直行车的冲突 当车辆进入冲突检测距离内，车辆每走一步都要做如下判断： 当本车到冲突点的距离小于对向车到冲突点的距离时，本辆车继续行驶。 当本车到冲突点的距离大于对向车到冲突点的距离时，本辆车减速行驶到冲突点附近停止，等待对向车通过。 当本车到冲突点的距离等于对向车到冲突点的距离时，本着直行优先的原则，本车若是直行车则如继续行驶，若是左拐车则如减速停止。 若对向来的是车队，且头车按如上的规则判断后应优先通过冲突点，这时本辆车不仅要为对向头车让路，而且要为车队所有车让路。车辆是否接成车队的依据是要看前后两车间的距离是否小于某一给定值。 b 右转车的汇流避车 如图1所示的车辆右转时，认为右拐车要插入直行车的车流中，就如同高速公路入口处的车辆插入行驶一样。右转车辆进入冲突检测距离内，就不断检测直行车流的间隙。当间隙超过安全插入间隙时，右转车行驶入队，当间隙小于安全插入间隙，右转车等待下一次汇流机会。(2)车辆步长模型 车辆每走一步的距离是此步速度与上步到此步仿真时间间隔的乘积。即：(3)跟车模型跟车行驶 如果前导车和跟随车的距离小于dmax时，前导车的行为将对跟随车速度产生很大影响。如何反映这一现象，就是跟车模型要解决的问题。 跟车理论的基本表示式为： 反应（t+T）=灵敏度×刺激(t) ISSIM采用的跟车模型是Wiedemann于1974年建立的生理-心理驾驶行为模型。该模型的基本思路是：一旦后车驾驶员认为他与前车之间的距离小于其心理（安全）距离时，后车驾驶员开始减速。由于后车驾驶员无法准确判断前车车速，后车车速会在一段时间内低于前车车速，直到前后车间的距离达到另一个心理（安全）距离时，后车驾驶员开始缓慢地加速，由此周而复始，形成一个加速、减速的迭代过程。 图2.2 VISSIM中的跟车模型(Wiedemann 1974)3仿真过程利用VISSIM仿真建模需要的基本资料包括：道路的车道数、各车道宽度、车道功能划分、人行道宽度、分隔带情况、坡度等基础数据，还有路网中各进口的交通量、转向比例、交叉口的信号配时及控制类型等。VISSIM仿真主要有以下几个步骤。1)添加路段，主干道为双线四车道，支干道为单向双车道，只能入不能出。如下图：2)设置路段属性，如下图3)输入车辆，主干道车辆数为650和550,上入支路为380，下入支路为320,如下图：4)设置仿真参数，仿真时间为600仿真秒，起始时间00:00:00，仿真精度2时间步长/仿真秒，运行速度5.0仿真每秒，如下图：5)创建减速区，如下图： 6)设置冲突区域，如下图：7）评价，如下图：8) 仿真依次选择：仿真连续（或单步），运行仿真程序。点击（默认快捷键<F6>）1次，向前运行1个仿真步长。点击，从连续运行模式切换到单步运行模式。点击（默认快捷键<F5>），连续运行仿真程序。点击（缺省快捷键<Esc>），终止当前运行。