《VISSIM仿真课讲》PPT课件.ppt

微观仿真软件VISSIM操作及应用 微观仿真的基本原理 1.概述 v微观交通仿真把每辆车作为一个研究对象，对所 有个体车辆都进行标识和定位。 v微观交通仿真能模拟出短时段内交通流的波动情 况。 v跟驰模型、超车模型及变换车道模型是微观仿真 的基本模型。 v用于研究交通流与局部的道路设施的相互影响（ 如车道划分、道路宽度、弯道、坡度及公交站的 设置等），也用于交通控制仿真（如交通信号灯 控制、让路停车等）。 v微观仿真模型的重要参数是每辆车的速度和位置 。 v2.交通流微观仿真系统的功能要求 v能够建立和处理不同形式的路网，清晰地表现路网的 几何形状，包括交通设施，如信号灯，车辆检测器等； v能够产生进入路网的不同种类的车辆以及车长、初速 度等，获得交通流的各种统计数据； v能够处理车辆在路网上的运行情况，准确地反映出车辆 间的相互作用，如跟驰、车道变换时的相互作用，以及 驾驶员的行为； v能够处理网络内部对车流产生影响的发生点和吸纳点 v能够跟踪路网内行驶的任何一辆车，真实地模拟交通控 制策略（定周期、自适应、匝道控制等）； v 能够提供与外部应用程序交互的接口； v 能够模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通 中心的信息交换； v 能够应用于一般的路网，包括城市道路和城市间 的高速公路； v 能够仿真路网交通流的状况，如交通需求的变化 等； v 能够模拟公共交通； v 提供结果分析的工具和图形化的交互界面。 3.仿真模型 微观交通仿真模型基本上由两大部分组成： v一部分是路网几何形状的精确描述，包括信号灯 、检测器、可变信息标示等交通设施。 v另一部分是每辆车动态交通行为的精确模拟，这 种模拟要考虑驾驶员的行为并根据车型加以区分 。 微观交通仿真模型的基本构成 v车辆行驶行为模型 v交通控制状态模型 v交通管理状态模型 v道路几何状态模型 v车辆行驶行为模型通过对车辆在各种约束条件下 行驶行为的描述来反映路网的交通状态，是模型 体系的核心。 v后三者侧重于对各类方案的描述，并确定车辆行 驶行为模型的约束条件。 车辆的生成与到达 v车辆的到达在某种程度上具有随机性，统计规律 可用车头时距的分布来描述 v当描述有充分超车机会的单列车流和密度不大的 多列车流的车头时距分布时，常选用负指数分布 P（ht t）=exp（-Qt/3600） v描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流 量低的车流的车头时距分布时，常选用移位的负 指数分布 P（ht）=exp-(t -) t v随机产生车辆与司机:爱尔朗分布 v当阶数k=1时，爱尔朗分布便化为指数分布，可 看成是完全随机的；当k增大时，爱尔朗分布的 图形逐渐变成对称的；当k30时，爱尔朗分布 近似于正态分布；当k时，爱尔朗分布化为 确定型分布 p(ht) 车辆状态的确定 v确定车辆的状态应根据该车辆上一时刻的位置、 所在路口引道的位置及引道的具体类型（主路或 支路）和具体车道，判断该车道左右相邻车道上 同时行驶车辆的类型、位置和本车道前、后行驶 车辆的类型、位置。 v若该车位置是在交叉口前，则应判断该车转向及 所在引道路权，以及与该引道冲突车流的具体位 置，并根据车辆应采取的加速度、速度计算出下 一时刻的位置。 车辆的自由行驶 v当车辆的运动不受前面运动车辆的影响时，称该 车作自由行驶。一般取车头时距为8 秒。 车辆的跟驰行驶 v跟驰特性：制约性、延迟性和传递性。这些特点 决定了交通信息沿车队向后传递不是平滑连续的 ，而是象脉冲一样间断连续的。 v跟驰模型是交通系统仿真中最重要的动态模型， 主要用来描述交通行为即人车单元行为。 v一般分为：车辆跟驰模型分为线性跟驰模型、非 线性跟驰模型 v具体有：刺激反应模型、安全距离模型、生理 心理模型、行为阈值模型以及近年来涌现出来 的模糊推理模型和元胞自动机模型 车辆的超车 v在双向双车道公路上，当车辆处于跟驰状态，并 且当前车车速低于后车的期望车速时，车辆试图 超车以改变其行驶状态。 v判断超车条件：（1）是否需要超车？（2）是否 有可能进入对向车道？ v当前车速度小于40km/h，前、后车之间的速度差 大于5km/h时，驾驶员就会考虑超车；当前车速度 大于40km/h，前、后车之间的速度差大于15km/h 时，驾驶员才考虑超车。 v与对向来车之间的最小距离 车道变换 v车道变换模型描述的内容为车辆车道变换行为的 整个过程，包括车辆车道变换意图的产生、车道 变换的可行性分析以及车道变换行为的实施。 v可能原因：强制性车道变换行为和任意性车道变 换行为 。 v强制性车道变换是指车辆为了完成其正常行驶目 的而采取的车道变换行为。 v可能的情形有：正前方出现停车车辆；车辆必须 在前方交叉口左转；车辆已接近当前车道的尾端 而须变换车道；公交车在接近前方停靠站时从内 侧车道转至外侧的专用公交停靠车道等。 v实现车道变换的关键是车辆必须在前方某一关键 点之前完成车道变换行为。也就是说，车辆必须 在距前方关键点的某个临界距离之内产生相应的 变换车道意图。 强制性车道变换 v其临界距离可用下述模型表示： v式中，Di为第i种需要变换车 道情形相应的临界 距离；Di0为第i种需要变换车 道情形相应的一常 数值；i为一正态分布随机变量。 任意性车道变换 v任意性车道变换是指车辆在遇到前方速度较慢的 车辆时为了追求更快的车速、更自由的驾驶空间 而发生车道变换行为。其与强制性车道变换的区 别在于，即使车辆不变换车道也能在原车道上完 成其行驶任务，因此变换车道行为不是强制性的 。 v当满足下列条件时，车辆将产生变换车 道意图 ： v式中，为折减系数，其建议值一般取为0.75 0.85。 车辆的停车 v在车辆行驶过程中，若车流中车辆正前方有车辆 停车或有慢速车辆，或遇到停车标志时，必须停 车或变换车道，描述这一现象的模型就是停车模 型。 v其基本思想是车辆在行驶过程中，首先要用停车 视距扫描前方位置： v若在停车视距范围内扫描到了停车标志，该车就 要按一定的减速度停车； v若在停车视距内扫描到了停止车辆或慢速车辆， 就要运用变换车道模型判断能否变换车道，若不 能变换车道，该车就要按一定的减速度停车。否 则就保持一定的自由流速度或加速到自由流速度 行驶。 二、微观交通仿真软件VISSIM简介 VISSIM是德国PTV公司的产品，它是一个离散 的、随机的、以1/10s为时间步长的微观仿真模型 。车辆的纵向运动采用了心里-生理跟车模型，横 向运动（车道变换）采用了基于规则（Rule-based ）的算法。不同驾驶员行为模拟分为保守型和冒 险型，车辆沿用户定义的或从VISUM输入的数据 移动。VISSIM提供了图形化的界面，用2D或3D 动画向用户直观显示车辆运动，运用动态交通分 配进行路径选择。 VISSIM软件可以模拟许多城市和非城市的道路交通 状况，特别适合于各种城市交通控制系统，主要 应用包括： v(1) 由车辆激发的信号控制设计、检验和评价； v(2) 公交优先方案的通行能力分析和检验； v(3) 收费设施分析； v(4) 匝道控制运营分析； v(5) 路径诱导和可变信息标志的影响分析 vVISSIM软件的优缺点 优 点 可覆盖大范围交通区域 可运行可靠性试验 可在PC机运行 可不断升级并得到在线支持 缺 点 没有交通分配算法 输入数据的译码过程花费大量时间 vVISSIM交通仿真软件的流程图 vVISSIM采用的仿真模型 VISSIM采用的是1974年Wiedemann教授 提出 的“心理-物理学模型”。 这个模型将跟车状态通过六个阈值分为四个区 域。在六个阈值的计算中，考虑了每个驾驶员的 各个具体的个人反映，如： 静止跟车距离： AX=L+k1+k2ZF1, 其中L为车长 v 动态跟车距离 BX=AX+（k3+k4ZF2）SQRT(v), v是车速 v 驾驶员开始注意前方车辆 SDX=AX+EX(BX AX) 的跟车距离： EX=2ZF2+NZF v 驾驶员在远距离开始注意 前方车辆的正速度差： v驾驶员在近距离开始注意前方车辆的正速度 差： v驾驶员在近距离开始注意同前方车辆的负速 度差： v 其中k1-k7位需确定的模型参数，ZF1和ZF2位反 映驾驶员特性的介于0，1的正态分布的随机数， NFZ为一个纯数学的介于0，1的正态分布的随机 数。 v 在四个区域中驾驶员有不同的跟车特性。比如： 在“有意识跟踪”状态时，驾驶员将减速。其减速 模型为 v其中，B(I)为跟车加速度，B(J)为前车辆的加速度 。 VISSIM仿真中驾驶方式的划分 v自由行驶 所谓自由行驶就是前方行驶的车辆对后 面的车辆没有任何影响，在这种条件下，驾驶员 会追求达到并且希望保持一个确定的速度，这个 速度就是理想速度。事实上，驾驶员不能经常保 持自由行驶状态下的车速，由于驾驶员偶尔的操 作不当，车辆的自由行驶速度会在理想速度左右 波动。 v接近前方车辆 这种驾驶行为发生在后面的车辆的 车速高于前面车辆的车速，当后面车辆接近前面 车辆的时候，为了使两辆车达到相同速度时两辆 车保持理想的安全距离，后面的车辆必须减速。 v跟驰 这种驾驶行为是指一辆车跟随前面的车辆行 驶而没有任何明显的加速或减速。跟驰车的驾驶 员尽量保持安全距离，但是，由于驾驶员的操作 错误或者判断错误，前后两辆车的速度总是存在 微小的差别。 v制动 如果前后两辆车的距离低于安全距离时，后 面的车辆就会紧急刹车，这往往是由于前面的车 辆突然改变车道或者驾驶员发现前面另一辆车突 然改变车道。 v对于每个方式，加速度是通过速度、速度改变、 距离和汽车与驾驶员的个别特征等参数来描述的 。一旦车辆到达一个转折点，驾驶员就从一种驾 驶方式转到另一种驾驶方式，这个转折点是由速 度差别和车辆间的距离决定的。例如，只有在比 较短的距离，微小的速度差别才能被人们察觉， 而较大的速度差别会强迫正在接近前面车辆的驾 驶员更早的做出反应。各个驾驶员判断速度差异 和估计距离的能力是个不相同的，比如在判断理 想速度和安全距离时。由于驾驶员的判断受到心 理方面和物理条件的限制的综合作用，所以这个 模型被叫做心里-物理学模型。 VISSIM仿真中的车道改变行为 v假设在一个多车道公路上，VISSIM采用一系列规 则来仿真车道改变。如果前面的车辆以低速行驶 而迫使后面的车辆以低于理想速度行驶，驾驶员 就会找机会尝试改变车道。首先，驾驶员将查看 是否能通过改变车道提高自己的车速，然后，他 将查看如果他改变车道会不会引起危险情况发生 ，如果驾驶员通过以上判断认为可以改变车道， 他就试着改变车道 VISSIM仿真中的时间步长的确定 v为了进行更详细的仿真，可以增加每一方针步骤 的时间。 要想观察每一仿真步骤的细节情况，超 过一秒的时间步长是不合适的。VISSIM能让使用 者在0.1-1s的范围内确定仿真时间步长。仿真时间 步长的大小会影响驾驶员的驾驶行为，因为小的 时间步长能让驾驶员根据前面车辆更早并且更协 调地调整驾驶行为。至于在仿真中采用多大的时 间步长，要根据项目要求和仿真人员的经验确定 。 三、应用实例 1.鹤岗市文化广场交叉口改造 v文化广场主要存在着交通安全问题，其原因在于 ： v信号灯的位置设置不当，致使有些方向的驾驶员 看不到信号而误闯红灯，造成交通事故。 v在东内环路与华夏路交叉口处，允许来自东内环 路去禾友路的车辆左转，即失去了文化路环岛的 作用，又造成了行车的不安全。 v在禾友路去华夏路的路段的车道较多也是造成交 通不安全的因素。 v针对以上问题对交叉口进行改造，改造后的平面 图见下图 应用VISSIM对现状和改造方案进行仿真分析 现状仿真演示 改造方案的仿真演示 v仿真结果对比分析 路段东东解放路到禾友路 华华夏路到禾友路 指 标标延误误 行程时时 间间 延误误 行程时时 间间 1小时时 现现状181.6435.286.4234.6 改善 方案 56.8106.240.876.9 v从仿真参数来看，行程时间和延误都有明显 降低，证明改善方案提高了车辆的运行效率 。 v从演示可以看到交通秩序有较大改善，车辆 的相互干扰现象消失。 2.哈尔滨市友谊路线控系统 在友谊路将近二千米的路段上，现状 共有9个信号交叉口，这些交叉口周期不同 ，配时方案各异，缺乏统一的协调与管理， 特别是在一面街至中央大街一段信号交叉口 密集处，车辆走走停停、延误严重。所以应 该在此路上，对各个交叉口进行统一协调管 理。 v友谊路线控设计 编号名称周期相位数相位1相位2相位3 1友谊路与一 面街 823友谊路左转（ 13） 友谊路直行 （41） 一面街通行 （19） 2友谊路与地 段街 823友谊路左右转 （27） 友谊路直行 （35） 地段街通行 （11） 改为步行街 友谊路与井 街 3友谊路与尚 志大街 823友谊路由东向 西直左（24） 友谊路直行 （37） 尚志大街通 行（11） 4友谊路与中 央大街 823友谊路左转（ 17） 友谊路直行 （39） 中央大街通 行（17） 5友谊路与通 江街 823友谊路由东向 西直右，由西向 东直左（54）（ 黄灯1 秒） 通江街通行 （22） 6友谊路与高 谊街 822友谊路左转（ 30） 友谊路直行 （46） 流量太小， 不设信号 友谊路与九 站街 7友谊路与经 纬街 823友谊路由东向 西左转，由西向 东右转（20） 友谊路直行 （33） 经纬 街通行 （20） v现状仿真演示 v线控系统仿真演示 v仿真分析 指 标标 平均 排队队 长长度 最大 排队队 长长度 停车车 次数 平均 排队队 长长度 最大 排队队 长长度 停车车 次数 平均 排队队 长长度 最大 排队队 长长度 停车车 次数 中央大街 友谊谊路 1 小时时 现现状812365752221141958538119 改善方 案 44113115810383122154160 指 标标 平均排 队长队长 度 最大排 队长队长 度 停车车 次数 平均排 队长队长 度 最大排 队长队长 度 停车车 次数 平均 排队队 长长度 最大排 队长队长 度 停车车 次数 友谊谊路 地段街 1 小时时 现现状108508 1002 4 1911816201263288 改善 方案 8211821536321708078475 友 谊谊 路 指 标标延误误行程时间时间延误误行程时间时间 1小时时 现现状260.6435.2160.2334.6 改善 方案 109.3289.323.8198.3 u经过信号协调控制后， 使得行车延误和行程时 间大大减少。 地 段 街 指 标标 延误误 行程时时 间间 延误误 行程 时间时间 1小 时时 现现状39.284.162.3109.2 改善 方案 84128.927.473.6 友 谊谊 路 指 标标延误误 行程时时 间间 延误误 行程时时 间间 1小 时时 现现状260.6435.2160.2334.6 改善 方案 109.3289.323.8198.3 3.大庆市东风新村商业广场及周边地区路网改 造方案 交通现状 v路网密度较大，但路况较差，路面宽度不足，通 行能力不够； v路段流量不大，但路段行程延误较大； v道路管理措施和力度不够，路边违章停车和占道 经营现象严重； v部分路段在上下班高峰时段通勤车多，路段和交 叉口压力很大。 v路网现状 需要改需要改 造地区造地区 v现状仿真演示 改造方案 下述路段封闭， 改造成步行街： 纬七路（经四经五 ） 纬六路（经四经五 ） 经五街（纬六纬七 ） 产生的交通问题： （1）经五街被隔断，相临南 北向的道路交通压力增大； （2）纬六路与纬七路被隔断 ， 相临东西向道路压力增大； （3）给广场周边居民的生活 及商场的物资运输带来不便 ； （4）现有公交路线需要改道 。 v封闭三条路段后仿真演示 v封闭路段后的路网交通负荷仿真分析 v对应的交通管理对策及措施 （1）改造及小幅度拓宽部分道路 经六街改造为双向四车道，每车道3米； 纬五路由8米拓宽至