基于VISSIM平台的复杂立交桥交通环境仿真报告.doc

目录一、立项背景- 1 -二、Vissim简介- 2 -三 具体工作- 4 -3.1准备资料- 4 -3.2建模步骤- 7 -3.3.交通车辆属性定义- 11 -3.4交通构成- 14 -3.5路线选择与转向- 16 -3.6评价- 17 -3.7、仿真- 31 -四、评价结论- 32 - 32 -基于VISSIM平台的复杂立交桥交通环境仿真报告一、立项背景随着中国经济的快速发展国家城镇化的建设逐渐加快，人民生活水平逐渐提高为满足出行的要求家用轿车的数量逐渐增加，许多大中型城市的道路已不能满足交通的需要，交通拥堵现象日益严重，尤其是在平面交叉口的位置常常造成较长的时间延误。为改善这一状况许多大中型城市的交通要道和高速公路上兴建了一大批立交桥，用空间隔离的方法消除道路平面交叉的冲突点，使两条交叉道路的车辆能够方便和快速的通过交叉口，减少平面交叉带来的交通延误。并且城市环线与高速公路网的联结也必须通过大型互通式立交进行分流和引导，保证交通的畅通。城市立交桥已成为现代化城市的重要标志。像北京、上海等大型城市立交系统已较为完善，但像秦皇岛等小中型的二三线城市立交桥才刚刚开始。比较幸运的是随着我国经济的快速发展科学技术也突飞猛进，交通仿真系统近些年也得到了快速的发展。 Vissim作为一种微观、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以建模和分析各种交通条件下，城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。为了更好地研究立交桥的通行能力和服务水平，我们希望通过利用VISSIM建立立交桥的仿真模型。通过得到的各种交通统计数据, 对各种交通条件下立交桥的运行情况进行分析，从而找出更好的立交形式，充分利用道路的立体空间，为缓解城市交通压力，解决交通拥堵问题提供有效途径。二、Vissim简介2.1 Vissim是解决各种交通问题的有力工具，主要应用包括 公交优先信号控制逻辑的设计、评价和调整。 对于有协调和感应信号控制的路网内交通控制的评价和优化。 城市道路网中轻轨建设项目的可行性及其影响评价。 分析慢速交通交织区 对比分析交通设计方案，包括信号控制交叉口和停车标志控制交叉口、环交和立交的设计。 轻轨和公共汽车系统的综合站点布局的容量评价和管理评价。 通过vissim评价公共汽车优先解决方案，如插队、港湾停靠站和公交专用车道。 使用嵌入式动态交通分配模型，解决行驶路径选择的相关问题，如不确定信号的影响对于中等城市而言交通流分向路网临近区域的可能性。2.2 交通仿真模型 Vissim有交通仿真器和信号状态产生器两部分组成，他们之间通过接口交换检测器数据和信号状态信息。Vissim既可以在线生成可视化的交通运行状况，也可以离线输出各种统计数据，如：形成时间、排队长度等。具体的交流过程如下图所示分析交叉口测算行驶时间分析排队分析跟车模型网络中的微观跟车模型检测器数值 信号显示 交通工具交通控制固定时间动态感应控制信号控制器图2.2.1 交通仿真器和信号状态产生器之间的交流三 具体工作3.1准备资料： 山东堡立交桥整体情况 如图3.1.1 所示，山东堡大桥跨越铁路、岭前街、桥下合流车道，最终于河滨路合流。岭前街 优化匝道图3.1.1 山东堡立交桥卫星视图交通调查（ 交通量与通行能力） 交通量是指道路在某一定时间段内实际通过的车辆数，当道路上的交通量接近或等于设计通行能力时，就会出现交通拥挤或堵塞停滞现象。 通行能力是道路在一定条件下单位时间内所能通过的车辆的极限数量，研究道路的通行能力，对于现有道路功能的评价，确定道路改建方案，改进交通和控制方式，规划新建道路及选择交叉口形式等都具有重要意义。通过对实际交通量的调查与设计交通量的对比，我们能对道路的通行能力进行初步评价。 为此，我们实验小组与2012年5月份和8月份，两次各一小时对此次研究对象山东堡立交桥进行交通调查。为了称呼方便，将各出入口名称简化为数字代替，具体见图3.1.2。每个进口安排2人分别统计左转、直行、右转机动车交通量,每10min小计一次;由于人员限制,未安排人员统计驶出交通量,所以整个交叉口共安排10人统计交通量（河滨路（5,6）由于交通量较小，仅安排了两名同学）。此次调查分别设计了交叉口机动车与非机动车交通量观测表(表格从略)，调查得到的原始数据汇总及处理结果见图3.1.3,并据此分别绘制出交叉口机动,图3.1.2各交叉口数字代123456小车580600103125132145中车40361344大车46431579图3.1.3 各路口交通量组成可推之大型车率最大6.9，中型车率最大达6，故小型车率87.1，右转流量25（其中滨海大道与岭前街的右转流量接近35%），直行车辆占75%。 CAD底图设计（如图3.1.1）及卫星视图准备3.2建模步骤：1.新建文件 建立“E/vissim /山东堡立交桥”文件夹。将需要导入的底图文件“山东堡立交桥”拷贝到新建的“山东堡立交桥”文件夹内。从桌面图标选择vissim打开交通仿真系统。2.导入底图 在菜单栏中依次选择viewbackgroundedit，弹出“background elect”对话框 点“load”导入CAD底图，然后关闭对话框。在菜单栏里点击（show entire network）即可显示整个路网。3.设置比例尺由于主桥是双向四车道行驶，每天车道宽度3.50米，在不考虑非机动车、行人对交通运行的影响的前提下，我们取桥宽为15米，在菜单栏中依次选择viewbackgroundedit，选择scale，光标即变为尺子形状，用光标在底图上点取主桥宽度，在弹出的对话框中输入15，就能把底图按照一定的比例输入建模系统中。4.路网的建立VISSIM路网编码的第一步工作是描绘路段轨迹，找出出入交叉口的所有道路，确定进口以及交叉口内的车道数。每条道路表示为一个路段，从主要道路开始编码。路段上的车道数始终保持恒定，若车道数发生变化，必须重新建立一个路段。如果要改变已有路段上的车道数，依次选择：编辑打断路段，在车道数变化位置打断路段（默认快捷键为）。建模技巧： 创建一条单向路段并调整曲率，然后利用生成相反方向选项，创建一个具有相似形状的反向路段。 连接器（而不是路段）可用来建模转向车流。 路段不应在交叉口转弯，而应该延伸到交叉口中央 （如果是“直达路段”，不允许不同数量的车道数）。以下以1 2路段建立为例：点击（links&connectors）按钮，在底图上用鼠标右键划过1、2两点得到一条直线路段，（由于1,2两点中间有车道的分流即高程的变化，依次需在变化处断开，方便后期设置路段连接和高程设置，各起始点高度也要分别设置）在弹出的对话框中输入车道数（No.of lanes）“2”车道宽带（lane width）设为3.50米，高度（height）输入为起始高度10米，终点高度设为0米，选中Recalculate spline point Height选项，即可在沿程将高程等分。再依次建立各路段即可。路段连接：VISSIM 路网是由相互连接的路段组成的，路段之间需要通过连接器实现连接。没有连接器的话，车辆是不能从一条路段换到另一条路段。此外，连接器也可以模拟交叉口处的转向关系。我们一般将连接器设置在高程变化处或者是在有交叉口的位置。在起点路段或终点路段内改变连接器位置的步骤：按车辆行驶方向点击连接器在路段的末端右击脱至下一路段的起点松开鼠标显示如上图所示的页面以此方法建立其他的连接器，从而形成从1到2的路段双击刚刚建立的路段显示如下图所示的页面将Generate opposite direction前的方块打钩，点击ok生成反向曲线重复步骤4和5依次生成其他的路段重复1和2连接新生成的路线最终形成从1到2的方向路线按照此方法将路网建立完毕，如下图所示。 3.3.交通车辆属性定义为了能够真实地反映出交通的随机性本质，大多数的交通属性分布采用经验或随机数据进行定义。为此，依次选择：Base DataDistribution，如下图，即可定义所有属性所有的分布。 目标车速分布交通构成中，每种车辆类型都可以定义目标车速的随机分布。依次选择：Base DataDistributionDesired Speed，打开期望车速分布窗口。如下图所示。u 通过Edit键可以编辑VISSIM软件提供的缺省速度分布特性u 通过New键可以自己定义新的速度分布特性u 选择Edit键，将弹出图所示的对话框： 图 3.3.1期望车度分布特性在图表上方的两个文本框内输入目标车速分布的两个最值（左侧为最小值，右侧为最大值）。在空白处输入最小速度和最大速度后，下面区域会出现一条直线。在这条直线上单击鼠标右键，直线上会增加一个节点，将鼠标指针移到节点上，按住鼠标左键，可以拖动节点来完成速度分布情况。本次试验中，对于小车我们取最大速度为60km/h,最小速度取40km/h，对于大车，我们取最大速度为40km/h,最小速度取20km/h。此实例中，车辆的重量，功率，颜色对运行结果影响不大，故而忽略其设置。目标车速决策 u 选择目标车速决策点模式。 u 选择需要设置目标车速决策点的路段/连接器。 u 在目标位置点击鼠标右键，打开创建目标车速决策点窗口，见图3.3.2u 针对通过该路段/连接器的每一车辆类别定义合适的车速分布。点击确定。 u 对于多车道路段，需要为每一条车道分别定义目标车速决策点。 图3.3.2目标车速决策点窗口注意：目标车速决策点定义了车速发生变化的起点。通过目标车速决策点后，车辆进行加速或减速。根据当前车速，车辆将在下游的某一点达到目标车速。 对于没有进行定义的车辆，在其通过目标车速决策点的前后，车速将不发生变化。 3.4交通构成交通构成是对进入VISSIM路网的每一股交通流构成的定义。注意：公交线路上的交通构成需要单独定义。 交通构成是VISSIM输入交通流量的一个组成部分，需要在定义输入交通流量之前对其进行定义，行人流量也可以定义为一种交通构成。依次选择：Traffic Composition，定义输入交通流量的交通构成，如图。交通构成包括一种或多种车辆类型及其在输入交通流量中所占的相对比例，以及希望车速分布的列表。 依次输入各进口车辆比列及期望速度图3.4.11交通流量的输入用户可以定义不同时间进入路网的交通流量。输入交通流量与路段和时间间隔有关。在某一时间间隔内，车辆进入路段的规律服从泊松分布。若定义的输入交通流量超过了路段的通行能力，车辆将在路网外部“堆积”。当“堆积”的车辆无法在定义的时间间隔内进入路网时，VISSIM将产生一条错误信息，同时写入日志文件(*.err)，并在仿真运行结束时通知用户。 2定义输入交通流量 选择输入交通流量模式。 选择需要定义输入交通流量的路段。 鼠标左键双击该路段，打开车辆输入窗口。 点击新建，创建一个新的输入交通流量；点击编辑，打开编辑车辆输入窗口，编辑已有的交通流量输入，如图2.17。 定义输入交通流量属性。 点击确定。 采用相同方法定义其它时间间隔的输入交通流量。 对于1、2路口，初步取交通量为1000, 3、4路口，初步取交通量为500, 5、6路口，初步取交通量为500、200，3.5路线选择与转向车辆的行驶路径由从路径决策起点（红线）到路径决策终点（绿线）的一个固定的路段和连接器序列组成。路径决策起点与路径决策终点是一对多的关系。车辆行驶路径的长度不是一个固定值。行驶路径决策功能仅对经过定义的车辆和没有任何路径信息的车辆起作用，这些车辆只有在通过路径决策终点后才能够接收新的路径信息。一条线路是指从路线选择点到目的点的路段和连接段固定顺序，每一个路线选择点可以有多个目的点。 用鼠标左键选中按钮；用鼠标左键单击某一条道路，选中这条道路； 在希望选择路线的地方单击鼠标右键，路段上会出现条红色的短线，然后弹出图2.18所示的对话框：图3.5.1希望选择路线对话框用鼠标左键单击目的点的那条道路，选中这条道路；在这条道路上单击鼠标右键，路段上会出现条绿色的短线和黄色的线段，指示出路线方向。3.6评价结合线控系统仿真试验介绍如何定义和配置VISSIM 的各种评价类型以及评价结果的输出形式。为了得到评价输出数据，必须首先激活相应的评价类型。评价类型的输出数据可以在线显示（如：信号配时表），也可以输出为外部的数据文件，部分评价类型同时支持上述两种数据输出方式。数据文件使用分号作为分隔符，用户可以轻松地将其导入电子数据表（如：Excel），以进行更深入的计算和动画呈现。根据线控系统仿真试验所需的评价指标，重点介绍行程时间、延误、数据收集点和排队长度。1 行程时间在路网中定义了行程时间检测区段，VISSIM 能够评价平均行程时间。检测区段由一个起点和一个终点组成。平均行程时间（包括停车时间）是指车辆通过检测区段的起点直至离开终点的时间间隔。 选择行程时间检测模式。 在选定路段上，点击鼠标右键，设置检测区段的起点。设置成功后显示为红线，在状态栏中可以查看该点的坐标。 选择需要设置行程时间检测区段终点的路段（如有需要的话，使用聚焦或滚动条）。 在选定路段上，点击鼠标右键，设置检测区段的终点。设置成功后显示为绿线，同时打开创建行程时间检测窗口。如图4.1所示。 在VISSIM 路网中，如果distance为空，则检测区段起点与终点之间不存在连续的路段，这可能是由于路段之间没有使用连接器连接，或是起点和终点的位置存在问题。行程时间编辑模式处于激活状态时，在VISSIM 路网外部点击鼠标右键，可以打开所有已定义的行程时间检测区段列表。 依次选择：Evaluationfiletravel timeconfiguration，配置行程时间的相关参数，如图3.6.1、3.6.2所示。图3.6.1创建行程时间检测窗口图3.6.2配置行程时间的相关参数单击 “OK“ ，开始运行。结束后在文件夹中将出现.rsr的文件，用Execel打开。文件内容是一个数据表，它包括：检测区段的行程时间数值、通过检测区段的车辆数、检测时间间隔。如图3.6.3所示： Table of Travel Times Time; No.; Veh; VehTy; Trav; 84.5; 1; 6; 100; 77.5; 94.1; 1; 26; 100; 73.7; 98.2; 1; 34; 100; 73.6; 110.7; 1; 51; 100; 71.6; 121.6; 1; 63; 100; 72.8; 141.6; 1; 77; 100; 80.9; 144.1; 1; 86; 100; 75.9; 151.1; 1; 99; 100; 69.0; 160.0; 1; 105; 100; 69.7; 164.5; 1; 109; 100; 72.0; 188.5; 1; 129; 100; 79.5; 195.0; 1; 137; 100; 79.5; 198.4; 1; 144; 100; 78.3; 210.6; 1; 151; 100; 87.0; 214.0; 1; 162; 100; 84.0; 216.0; 1; 167; 100; 81.2; 251.5; 1; 173; 200; 106.2; 253.9; 1; 206; 100; 81.1; 261.9; 1; 224; 100; 77.5; 269.2; 1; 231; 100; 79.3; 271.6; 1; 237; 100; 74.0; 275.3; 1; 244; 100; 73.9; 287.0; 1; 252; 100; 77.4; 289.1; 1; 258; 100; 73.4; 309.7; 1; 280; 100; 76.4; 311.3; 1; 285; 100; 73.1; 315.9; 1; 291; 100; 75.0; 321.4; 1; 303; 100; 70.8; 332.9; 1; 309; 100; 74.6; 336.8; 1; 312; 100; 73.8; 361.2; 1; 318; 300; 91.8; 368.0; 1; 348; 100; 82.1; 379.0; 1; 364; 100; 74.1; 390.6; 1; 374; 100; 80.0; 424.0; 1; 379; 300; 105.9; 431.8; 1; 436; 100; 71.9; 440.9; 1; 442; 100; 71.8; 451.4; 1; 455; 100; 72.9; 484.3; 1; 469; 200; 99.7; 487.7; 1; 480; 300; 96.7; 496.1; 1; 508; 100; 81.0; 497.4; 1; 511; 100; 80.8; 图3.6.3行程时间文件内容数据表2 延误在行程时间检测区段的基础上，VISSIM 能够生成路网的延误数据。一个或多个行程时间检测区段组成一个延误检测区段。通过这些行程时间检测区段的所有车辆都将被其所属的延误检测区段捕获。 由于延误检测区段是由行程时间检测区段组成的，所以无须对其进行专门定义。 依次选择：Evaluationfiledelayconfiguration，配置延误的相关参数：如图3.6.4所示： 单击 “OK“ 开始运行。结束后在文件夹中将出现.vlr的文件，用Execel打开。文件内容是一个数据表，包括：检测区段的延误数值、检测时间间隔。如图3.6.5所示。图3.6.4配置Table of DelayFile: c:userswxydesktopvissim底图.inpComment: Time; No.; Veh; VehTy; Delay; 84.5; 1; 6; 100; 0.0; 94.1; 1; 26; 100; 0.0; 98.2; 1; 34; 100; 0.0; 110.7; 1; 51; 100; 0.0; 121.6; 1; 63; 100; 0.0; 141.6; 1; 77; 100; 0.0; 144.1; 1; 86; 100; 0.0; 151.1; 1; 99; 100; 0.0; 160.0; 1; 105; 100; 0.0; 164.5; 1; 109; 100; 0.0; 188.5; 1; 129; 100; 0.0; 195.0; 1; 137; 100; 0.0; 198.4; 1; 144; 100; 0.1; 210.6; 1; 151; 100; 6.3; 214.0; 1; 162; 100; 1.4; 216.0; 1; 167; 100; 6.4; 251.5; 1; 173; 200; 6.7; 253.9; 1; 206; 100; 2.5; 261.9; 1; 224; 100; 0.0; 269.2; 1; 231; 100; 0.3; 271.6; 1; 237; 100; 0.3; 275.3; 1; 244; 100; 0.0; 287.0; 1; 252; 100; 0.0; 289.1; 1; 258; 100; 0.6; 309.7; 1; 280; 100; 1.0; 311.3; 1; 285; 100; 3.0; 315.9; 1; 291; 100; 0.0; 321.4; 1; 303; 100; 0.0; 332.9; 1; 309; 100; 0.8; 336.8; 1; 312; 100; 2.8; 361.2; 1; 318; 300; 0.0; 368.0; 1; 348; 100; 0.0; 379.0; 1; 364; 100; 0.0; 390.6; 1; 374; 100; 0.0; 424.0; 1; 379; 300; 8.4; 431.8; 1; 436; 100; 0.6; 440.9; 1; 442; 100; 0.5; 451.4; 1; 455; 100; 0.0; 484.3; 1; 469; 200; 0.4; 487.7; 1; 480; 300; 0.0; 496.1; 1; 508; 100; 0.0; 497.4; 1; 511; 100; 0.0; 图3.6.5延误文件内容数据表3 数据采集点使用数据采集点可以进行单点数据采集操作。 选择数据采集点模式。 选择需要设置数据采集点的路段。 在目标位置点击鼠标右键，设置数据采集点。 在弹出的窗口中输入一个数字，点击确定。如图3.6.6所示。图3.6.6设置数据采集点窗口依次选择：Evaluationfiledata collectionconfiguration，配置数据采集点的相关参数,如图3.6.7。图3.6.7配置数据采集点的相关参数窗口1选择data collection configuration ，如图3.6.8：图3.6.8配置数据采集点的相关参数窗口2 单击 “OK“ ，开始运行。结束后在文件夹中将出现.mes的文件，用Execel打开。文件内容是一个数据表，包括数据采集点的车辆数、车辆的排队长度，车辆的平均速度和平均加速度。如图3.6.9所示： Data Collection (Compiled Data)File: c:userswxydesktopvissim底图.inpComment: Measurement 1: Data Collection Point(s) 1, 4, 5Measurement 2: Data Collection Point(s) 2, 3Measur.: Data Collection Numberfrom: Start time of the Aggregation intervalto: End time of the Aggregation intervalNumber Veh: Number of VehiclesOccup. Rate: Occupancy rate %QueueDel.Tm.: Total Queue delay time sSpeed: Speed km/hAccel.: Beschleunigung m/s?Measur.;from;to;Number Veh;Occup. Rate;QueueDel.Tm.;Speed;Accel.Minimum;Mean;Meanall veh. types;all veh. types;all veh. types;all veh. types;all veh. Types 1; 20; 40; 4; 4.6; 0.0; 52.7; -0.1 2; 20; 40; 3; 4.6; 0.0; 52.7; 0.1 1; 40; 60; 6; 6.0; 0.0; 54.5; 0.2 2; 40; 60; 10; 15.5; 0.0; 51.7; -0.0 1; 60; 80; 8; 11.0; 0.0; 51.5; 0.0 2; 60; 80; 4; 6.4; 0.0; 53.3; 0.0 1; 80; 100; 6; 6.3; 0.0; 52.8; 0.1 2; 80; 100; 10; 20.3; 0.0; 47.9; 0.1 1; 100; 120; 7; 6.1; 0.0; 55.0; 0.2 2; 100; 120; 5; 7.8; 0.0; 52.7; 0.2 1; 120; 140; 1; 1.8; 0.0; 48.2; -0.2 2; 120; 140; 6; 8.6; 0.0; 54.0; 0.1 1; 140; 151; 5; 10.2; 0.0; 43.8; -0.2 2; 140; 151; 5; 5.9; 0.0; 55.4; 0.1图3.6.9数据采集点文件内容数据表4 排队计数器VISSIM 的排队计数器可以提供三类数据：平均排队长度最大排队长度排队车辆的停车次数。这里所指的排队是从上游路段或连接器的排队计数器的设置位置开始计数，直至排队状态下的最后一辆车。如果排队计数器设置在多车道路段上，它将记录所有车道的排队信息，并报告最大排队长度。只要车道上仍有车辆满足排队计数器定义的排队条件，排队计数器将始终处于开启状态。排队长度的单位是米，而不是车辆数。排队计数器可以设置在路段或连接器上的任何位置。但是，最合适的设置位置是信号控制交叉口的停车线。 选择排队计数器模式。 选择需要设置排队计数器的路段。 在目标位置点击鼠标右键，设置排队计数器。 在弹出的窗口中输入一个数字，点击确定。如图3.6.10所示。图3.6.10设置排队计数器窗口 依次选择：Evaluationfilequeue lengthconfiguration，配置排队计数器的相关参数,如图3.6.11所示：图3.6.11配置排队计数器的相关参数 单击 “OK“ ，开始运行。结束后在文件夹中将出现.stz的文件，用Execel打开。文件内容是一个数据表，包括平均排队长度、最大排队长度、停车次数如图3.6.12所示：File: c:userswxydesktopvissim底图.inpComment: Queue Counter 1: Link 26 At 239.400 Queue Counter 2: Link 24 At 90.700 mQueue Counter 3: Link 24 At 127.700 mAvg.: average queue length m within time intervalMax.: maximum queue length m within time intervalStop: number of stops within queue Time; Avg.; max;Stop;