（交通运输规划与管理专业论文）奥林匹克公园及周边路网交通仿真研究.pdf

摘要 摘要 奥运会是世界上规模最为宏大的体育赛事，要保证奥运会的顺利召开，就 应该在尽可能减少对居民日常出行的干扰的前提下，保证活动参与者快捷、安 全、准时、舒适的出行。我们有必要建立奥运村周边区域交通集散模拟系统， 分析奥运交通需求对奥运村周边路网交通的影响程度，评价规划的路网能否满 足奥运交通需求。 本文选择t s i s 综合交通仿真系统作为仿真平台对奥林匹克公园及周边路 网进行仿真。针对于国内对f r e e s i m 模型的标定和应用比较少的情况，本文 介绍了仿真模型的标定方法和标定程序，并用个典型的交织段对f r e e s i m 模型进行了标定。 在奥运前路网分析中，本文首先根据北京市路网规划确定出2 0 0 8 年可能建 成的路网，然后用简化类型分析法预测出2 0 0 8 年各小区的出行量，并t r i p s 交通分析软件将出行量分配到路网中，最后将分配得到的交通流量数据输入到 仿真路网中。在仿真路网运行评价时，根据t s i s 输出报告的结果的特点，提 出了用车辆加权运行速度作为路嘲服务水平评价指标的评价方法。根据新评价 方法和路网模拟运行直观评价，得出路网能满足奥运前日常的交通需求的结论。 在奥运期间交通分析中，本文依据已完成的奥运交通规划确定奥运会期间 高峰客流情况，此推算出奥运高峰日的各个方向进出奥林匹克公园周边路网的 交通量。在一定的假设条件下，将确定的交通需求累加到奥运会前的路网中再 次进行路网流量分配，并用t s i s 仿真模型进行仿真评价。通过对输出结果统 计分析和模拟运行的直观分析，得出在加强对日常交通的交通需求管理和增加 交通管制措施的情况下，该路网能够满足奥运交通需求的结论。 关键词t s i s ；路网交通仿真；路网评价；奥林匹克 a b s t r a c t t h eo l y m p i cg a m ei st h em o s tg r e a ta t h l e t i c sg a m ei ns c a l ei nt h ew o r l d t o m a k et h eo l y m p i cg a m er o l li th o o p ，w em u s tg u a r a n t e et h et r a n s p o r t a t i o ns m o o t h ， s a f e t y , o nt i m e ，c o m f o r t a b l ea n dr e d u c et h ei n t e r f e r e n c et ot h ec i t yr e s i d e n t s d a i l y t r a v e la sp o s s i b l ea sw ec a l la tt h es a m et i m e i ti sn e c e s s a r yf o ru st oe s t a b l i s h t r a n s p o r t a t i o ng a t h e r i n ga n ds p r e a d i n gs y s t e mw h i c hi sa r o u n dt h eo l y m p i c sv i l l a g e ， t oa n a l y s i st h ei n f l u e n c ed e g r e et ot h et r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kb yo l y m p i c sn e e d ，t o e v a l u a t ew h e t h e rt h en e t w o r kw o u l dm e e tt h eo l y m p i c st r a n s p o r t a t i o nn e e d so rn o t t h er e s e a r c hc h o o s e st s i ss i m u l a t i o ns y s t e mt oa n a l y z et h en e t w o r ko f v i l l a g e o fo l y m p i c s t h em a i na p p l i c a t i o n so ft s i sw e r eo nt h en e t s i mw h i c hi so n eo f s e g m e n to ft h ew h o l et s i s ，t h i sr e s e a r c hi n t r o d u c e st h ec a l i b r a t i o nm e t h o d sa n d c a l i b r a t i o np r o c e d u r eo fs i m u l a t i o nm o d e la n dc a l i b r a t e st h ef r e e s i mm o d e lb y u s i n gat y p i c a lf r e e w a yi n t e r w e a v e f i r s t ，t h i st e x tm a k e sc e r t a i nt h en e t w o r kw h i c hm i g h tb es e tu pb e f o r e2 0 0 8 y e a r sa c c o r d i n gt ob e i j i n gr o a dn e t w o r kp l a n t h e n ，t h er e s e a r c ha s s i g n st h et r i po n t h en e t w o r kb yu s i n gt r i p ss o f t w a r e a tl a s t ，t h er e s e a r c hi n p u t st h ev o l u m et ot h e s i m u l a t i o nn e t w o r k a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft h eo u t p u t ，t h er e s e a r c hp u t s f o r w a r dt h et h e o r yw h i c hu s e st h ev e h i c l ea v e r a g es p e e da se v a l u a t i o ni n d e x n l c r e s e a r c hg e t st h ec o n c l u s i o nt h a tt h en e t w o r kc a l lm e e tt h et r a n s p o r t a t i o nd e m a n do f n o n o l y m p i cg a m eb yt h em e t h o do fn e t w o r ks i m u l a t i o na n du s i n gt h en e w e v a l u a t i o nm e 血o d a c c o r d i n gt ot h ec o m p l e t e do l y m p i ct r a f f i cp l a n ，t h i sr e s e a r c hc o n f m n sp e a k v o l u m eo fs p e c t a t o r sa n dc a l c u l a t e st h ev o l u m ew h i c hc o m ei n t ot h eo l y m p i c v i l l a g ef r o mf o u rd i r e c t i o n s a tl a s tt h er e s e a r c ha s s i g n st h et r a n s p o r t a t i o nd e m a n d o fd a i l yd e m a n da n do l y m p i cd e m a n d so nt h en e t w o r k b ys i m u l a t i o nt h er e s e a r c h c o n c l u d e st h a tt h en e t w o r kc a nm e e tt h eo l y m p i cd e m a n do nt h ec o n d i t i o nt h a tw e a d o p tt h es t r a t e g i e so ft r a f f i cd e m a n dm a n a g e m e n ta n dt r a f f i cc o n t r o lf o rt h ed a i l y t r a 伍cd e m a n d s k e y w o r d s ：t s i s ；n e t w o r kt r a f f i cs i m u l a t i o n ；n e t w o r ke v a l u a t i o n ；o l y m p i c 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 戳：忙醐：卫丛1 7 r 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：j 兰主丕翌日期：三竺岁。 第1 章绪论 1 1 课题依据 第1 章绪论 随着北京申奥的成功，各行业都面临着如何利用奥运契机加快发展的问题， 交通行业与人们生活息息相关，它的发展不仅在北京建设国际化大都市的进程 中发挥着重要作用，而且关系到每一个北京市民日常生活质量的好坏。另外， 依据国外举办奥运会的经验教训来看，奥运期间的交通状况是否良好，交通管 理是否高效，是关系奥运盛会能否圆满成功举办的举足轻重的条件之一。 由于奥运会期间交通需求量大，而且交通特性与日常的交通存在很大的差 异，存在很多不可预料的因素。因此，评价现有路网对奥运期间交通的承受能 力尤为重要。 但是，由于奥运交通具有不可再现性和不可实验性，或即使可以再现或实 验，却需要付出巨大的耗费、承担巨大的风险。而模拟技术可有效地体现交通 流的随机因素，可按设想要求实现交通状况的重现。通过交通模拟实验，不仅 可以直观地获得在奥运会期间各种典型交通需求条件下，奥运村周边区域内不 同时间段内的交通流状况和路网负荷、车辆延误以及运行速度、行程时间等重 要的交通特性参数，还可针对不同时间、不同地点可能发生的交通问题提出合 理的交通流组织方案以及相应的交通管理措施，以保证奥运交通的准时、安全、 舒适、方便。 目前，国内还没有能够很好的仿真交叉口和大型路网交通的软件。由美国 联邦公路局( f h w a ) 开发的t s i s 是一个综合的交通软件仿真系统，它包括 c o r s i m ，t r a f v u ，t s h e l l ，t r a f e d 4 个模块，c o r s i m 是一个微观仿真 系统，t r a f v u 是一个动态演示模块，t s h e l l 是t s i s 环境的用户界面， t r a f e d 是用来输入数据的图形编辑器，能够很直观的编辑和输入数据。t s i s 在美国已经被广泛的应用于城市交通的模拟、评价。如果能够将t s i s 进行参 数标定，使其适用于研究中国的交通问题，则将大大促进中国交通研究的发展。 1 2 研究背景 改革开放以来，国内城市交通发展迅速。比如作为首都的北京市，近十年 来，经济快速发展，人民生活水平提高迅速，机动车保有量也增长迅速，到2 0 0 3 年8 月，北京市机动车保有量已经突破了2 0 0 万辆，这给城市的道路网络带来 了巨大的压力，行车速度降低，时间损失严重，环境污染加剧，交通问题一时 间成为北京市上上下下众所关注的问题。预计到2 0 0 8 年，北京市机动车保有量 将达到3 5 0 万辆左右，机动车出行总量也将由2 0 0 0 年的4 8 3 万车次天增加到 7 6 8 万人次天，这对北京市的道路基础设施而言是一个沉重压力。 奥运会是世界上规模最为宏大的体育赛事，奥运会的顺利召开在交通方面 要保证活动参与者出行的快捷、安全、准时、舒适，同时尽可能对城市居民出 行尽可能少造成干扰，并且坚持环保、可持续发展的准则。因此在2 0 0 8 年奥运 会期间，除了正常的交通需求之外，交通设施还需要有足够的容量供奥运会的 出行需求。 因此，只通过增加设施投入是远远不够的，我们有必要在充分利用设施的 基础上，提高对城市交通的管理水平，对于奥运会的特殊出行需求需要专项研 究其对城市交通的影响，从而采取相应的措旌，优化交通组织，一方面为奥运 出行提供快捷、安全、舒适的出行系统，保证奥运会顺利召开，另一方面把奥 运会的召开对城市正常交通的影响降低到最小。 根据奥运会的特殊交通需求，北京市政府已经了奥运专项规划，用以预测 奥运交通状况和指导奥运的建设。但只是从宏观上进行了供求分析和规划，无 法得到奥运村周边区域的车辆延误以及运行速度、行程时间等交通流状况和直 观的分析结果。因此，有必要建立奥运村周边区域交通集散模拟系统。按照刘 敬民副市长、平部长的要求，针对奥运会开闭幕式、高峰日以及平1 3 等三种交 通需求的情况，对奥运村周边区域进行动态交通模拟实验，不仅可以直观地获 得在奥运会期间各种典型交通需求条件下，奥运村周边区域内不同时间段内的 交通流状况和路网负荷、车辆延误以及运行速度、行程时间等重要的交通特性 参数，还可针对不同时间、不同地点可能发生的交通问题提出合理的交通流组 织方案以及相应的交通管理措施，以保证奥运交通的准时、安全、舒适、方便。 由美国联邦公路局( f h w a ) 开发的t s i s 系统，经过几十年的发展，已经 第1 章绪论 相当成熟，适宜用以分析微观的交通系统，能对交叉口或路网做出评价，并能 直观的模拟演示仿真结果，满足奥林匹克公园周边路网交通仿真的要求。因此， 本文将用t s i s 系统研究奥运会期间奥林匹克公园周边路网交通运行情况，并 根据仿真的结果提出改进的措施和管理建议。 1 3 研究意义 本文对t s i s 中f r e e s i m 模块进行了标定，为分析快速路系统奠定了分析 基础，同时填补了f r e e s i m 在国内使用中标定的空白。 以奥运交通规划为基础，应用t r i p s 分析软件和t s i s 仿真软件相结合， 对奥运村周边区域进行动态交通模拟实验，研究奥运村周边区域内不同时间段 内的路网负荷、车辆延误、运行速度和行程时间等重要的交通特性参数，针对 不同时间、不同地点可能发生的交通问题提出合理的交通流组织方案和相应的 交通管理措施，这在以前并没有先例。因此，这两个分析软件的结合使用，发 挥各自软件的特长，为奥运会的顺利召开提供有力的分析依据。 应用仿真软件对奥运交通进行仿真，有利于发现奥运召开时存在的问题， 并予以提前解决，减少盲目投资并节约实验费用，因此具有很大的经济意义。 再者，应用t r i p s 分析软件和t s i s 仿真软件相结合，发挥各自软件的特 长，为以后交通分析提供新的思路，具有重要的借鉴意义。 1 4 本文框架和主要内容 1 ) 首先通过对驾驶员行为参数和车辆性能参数的修正，对t s i s 模型 中的f r e e s i m 模型进行标定，使其使用于中国交通的研究。 2 ) 在北京市奥运交通规划的基础上，分析奥林匹克公园周边路网的赛 前和赛时的交通需求，并以t r i p s 软件作为分析工具，进行交通分配。 3 ) 以美国联邦公路局( f h w a ) 开发的t s i s 作为交通模拟环境，在 实际观测现有路网与科学预测将来路网的交通需求和交通供给的情况下，对 奥运村周边区域的交通集散进行模拟，分析奥林匹克公园周边路网负荷、车 辆延误以及运行速度、行程时间等重要的交通特性参数。 北京工业大学工学硕士学位论文 4 ) 利用仿真软件的运行图像直观显示功能，直观演示典型交通需求条 件下交通集结、疏散过程，从而分析路网运行状况、存在的问题，并根据反 应的问题，提出相应的对策。 第2 章国内外研究现状与研究成果 第2 章国内外研究现状与研究成果 2 1 国外交通仿真历史现状 ( 1 ) 2 0 世纪5 0 6 0 年代 1 9 4 9 年，m a s i m o w 在与d l g e r l o u g h 进行非正式讨论时最早提出了对 交通流进行仿真的建议i l “。随后这种建议得到了很好地实施和扩展。5 0 年代， 以研究信号交叉口延误为目标的确定性微观时间驱动软件“g o o d ”的问世【i “， 标志着人们已经着手用计算机进行交通仿真。 6 0 年代，t r a n s y t 交通仿真软件是当时最具代表性的成果，t r a n s y t 模型是由英国的d l 罗伯逊于1 9 6 8 年提出，以后又经历了8 次修改。它是一 种宏观仿真模型，用以确定时交通信号参数的最优值。这一时期的交通仿真系统 主要以优化城市道路的信号设计为应用目的，模型多采用宏观模型，模型的灵活 性和描述能力较为有限，仿真结果的表达也不够理想，这也是由当时的计算机 性能所决定的。早期的仿真软件基本上都是单一行为的仿真。到了7 0 年代，人 们除沿着6 0 年代的研究思路研究单一目标外，发展到一个软件仿真多个目标的 优化软件 ( 2 ) 2 0 世纪7 0 8 0 年代 2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代，由于计算机的迅速发展，交通仿真模型的精度 也迅速提高，功能也更加多样。这期间的典型代表当属ne t si m u 模型。该 模型是一个描述单个车辆运动的、时间扫描的网络微观交通仿真模型，其对城 市道路的交通现象的描述精度达到了一个新的高度。大部分常见的交通现象如 跟车行驶、变换车道、车流冲突、公交运行、行人冲突、短车道溢出等，以及 常见的交通控制管理措旌如固定信号控制、感应控制、主次优先控制、车道 关闭等均可通过仿真软件进行模拟。评价指标除了常规的延误、速度、行程时 间、排队长度等常规指标外，还可描述诸如排队溢出、油耗、废气排放等指标。 另外，模型对道路几何条件的描述也更为灵活。 n e t s i m u 模型经过多次的版本升级，其功能日趋强大，广泛应用于交通 北京工业大学工学硕士学位论文 控制与管理系统方案优化、交通设计方案优化以及交通工程相关领域的理论研 究方面，至今为止，n e t s i m u 模型仍是目前应用最为广泛的仿真模型。 1 9 8 2 年美国联邦公路局开发的t r a f 仿真系统了软件标准化问题，可以表 示任意现有城市道路设施上的交通情况，这项研究在交通仿真领域达到了空前 水平。它包括道路网宏观、微观仿真和高速城市道路宏观、微观仿真四部分。 加拿大1 9 8 5 年提出了i n t e g r a t i o n 仿真模型，该模型经过不断的开发和调 整，目前主要用于道路诱导系统的评价、匝道信号控制影响分析以及交通事故 模型标定。 f 3 ) 2 0 世纪9 0 年代 进入9 0 年代后，随着计算机计算速度及内存的增加，计算机操作系统 w i n d o w s 系统的出现，计算机仿真程序着重于友好界面及集成系统的开发。使 其实用性得到了进一步发展，仿真软件的应用也更为广泛。其中最具有代表性 的有三个：德国的m i s s i o n 微观仿真软件、m i t 开发的m i t s i m 和i t t i n d u s t r i e s l n c 开发的t s i s 。 1 9 9 2 年，德国的w i e d e m a n n 博士开发了基于生理一心理驾驶员特性的 m i s s i o n 微观仿真模型，细致描述了不同类型驾驶员对周围交通状况的理解、 判断、进行驾驶操作的过程。 1 9 9 6 年以后m i t 开发的m i t s i m 交通仿真软件，主要用于在路网中实施 了先进的交通控制方法和车辆诱导系统的交通情况模拟，模型采用概率方式描 述驾驶员对路径诱导系统和管理措施的选择行为，主要用来评价动态交通管理 策略。 1 9 9 8 年由i t ti n d u s t r i e si n c 为f h w a ( f e d e r a lh i g h w a ya d m i n i s t r a t i o n 美国 联邦公路局) 开发的t s i s ( t r a f f i cs o f t w a r ei n t e g r a t e ds y s t e m ) 系统4 2 版，反映 了这一时期软件的特点。该系统基于w i n d o w 9 5 或w i n d o w s n t 平台，采用友 好的用户界面，集成c o r s i m 、t r a f v u 、i t r a f 模块，能仿真城市路网、城 市道路网及城乡城市道路一体化路网的交通情况，进行动态演示和有效度量指 标的具体计算。( 5 1 第2 章国内外研究现状与研究成果 表2 - 1 新一代交通仿真软件系统的概况 t a b l e2 - 1s u m m a r yo fs o f ts y s t e mo f n e wt r a f f i cs i m u l a t i o n 定昔化评价和分析i t s 系统的效益，尤其是a t ms a t i s 系统中 应州领域 各种方案的效益评价 美国：c o r s i m 、m i t s i m u 、p h a r o s 、s h i v a 、t r a n s i m s 、 t h o r a u 英国：d e a c u l a 、p a d s i m 、p a r a m i c s 、s i g s l m 典型代表 德国：a u t o b a l - i n 、m i c r o s i m 、p l a n s i m 2 t 、s i t a n e t 法国：n e m i s 、s 1 m d a c 、si t r a 2 b + 、a n a t o l l 日本：m e l r o s e 、m i c t s t r a n 描述的交通现象和车辆j 瞅及溢出、车辆交织、交通事故、公交运行、行人冲突、停泊 对象车辆、天气状况、寻找停车场、自行车，摩托车等 描述的交通控制 崮定信号控制、自适应控制、匝道汇入控制、静态路线诱导、动态路 线诱导、事故处理、公交车优先控制、可变标志控 和管理方式 制、收费口、自动道路系统、无人驾驶车辆、停车地诱导等 交通运行效益指标：速度、行驶时间、拥挤情况、行程时间变化性、 公交远行正常率等 安全性指标：车头时距、超车、车辆冲突次数、车人冲突等 采用的评价指标 环境指标：废气排放量、路旁污染水平、噪声水平等 舒适性指标：乘坐舒适度等 技术性指标：油耗等 太部分软件采用文本输人格式来描述诸如节点、路段、交通信号、路 软件的输入输出界 径、车辆到达率等，但也有少数几个软件提供了路网拓扑结构和几何 数据的图形输入界面。 面 大部分软件具有动画演示输出功能，但也有少数模型只提供数据库格 式的输出形式 大部分软件可在p c 机或u n i x 系统上运行，有个别在v a x 和 硬件条件 r e 6 0 0 0 机以及s u n 机上运行 路网大小从5 0 个节点、10 0 0 辆车，到2 0 0 个节点、上万辆车有 路网大小 的甚至可处理3 0 0 0 个节点、1 0 0 万辆车，但采用的是并行处理机制 取决于路网大小和计算机性能。一般来说仿真软件的运行速度为实际 运行速度时间的l 5 倍，更快一些可达到1 5 2 0 倍，但也有慢于实际时 间的 几乎所有的仿真软件均采用面向对象的编程技术，绝大部分采用了时 基本的仿真技术 间扫描的描述方式，且大部分为微观仿真 各仿真软件均各有其特点及优势，但也因其研究定位和重点的不同， 现状的局限性 或多或少地存在不同的缺陷。主要表现为以f 几方面： 7 续表2 - 1 新一代交通仿真软件系统的概况 ( 1 ) 模型描述。例如没有描述超车现象、对车辆在近交叉口路段的 描述较为粗略、没有描述行人和自行车、没有描述全程路线选择、假 设了驾驶员对诱导信息的完全接受、没有描述公交车和其它具有高通 行权的车辆、模型不支持环交、对车辆的废气排放模式的描述需耍进 一步加强、没有描述轨道车辆、没有描述区域性的自适应交通控制系 统、没有描述事故发生后的路线诱导、没有直接描述车道宽度的减少 对车辆运行的影响等等： ( 2 ) 系统运行性能。例如大路网模型耗时太长、目前只能在s u n j 作站e 运行、希望有功能更强的p c 机从而能处理更人的路网等： ( 3 ) 输入输出界面。例如数据输入方式应得到改善、希望仿真软件 的输入输出与通用数据库有着更好的连接、未能提供与g l s 系统的 连接； ( 4 ) 模型标定。模型没有得到充分的标定 2 2 国内交通仿真研究现状 与国外相比，国内在交通仿真方面的研究长期处于一种未受重视的状态， 在国内的专业文献中鲜有报道。 2 0 世纪9 0 年代以后，国内交通工程界逐渐注意到交通仿真研究的重要性， 同济大学、东南大学、交通部公路科学研究所等一批科研单位开始展开这方面 的实质性研究并取得了一定的成果。但总的来说，目前国内的仿真研究仍较为 零散，往往只局限于解决单一问题，如对二车道公路通1 z - - j 月, u 。, 力的仿真研究、高 速道路入口匝道范围交通仿真、优先控制t 型交叉口交通仿真等等。 深圳交通研究中心于近年成立交通仿真研究中心，并引进德国v i s s i m 仿 真系统。这是国内交通工程专业机构通过引进国外成熟仿真软件并付诸实际应 用来加快中国交通仿真应用的一个重要尝试。近年来，很多交通研究机构都引 进了多种国外仿真软件，并进行研究和应用。 2 3 国外研究及应用成果简述 1 n o e lc h r i s t o p h e rk i r b y 、n o e lc 1 1 r i s t o p h e rk i r b y 和s h i h m i a oc h i n 用 c o r s i m 对f a r r a g u t 的设计进行了评价f 6 1 a 第2 章国内外研究现状与研究成果 2 s t e v e nd s c h r o c k 和t ，h m a z e ) 羽( t s i s l4 2 对州际公路的施工区管 理方案进行了评价研究。 3 l i k u or a u 和a n d r z e jp t a r k o 用c o r s i m 来研究事故交叉口的通行 能力。 2 4 国内研究及应用成果简述 1 贺瑞华的c o r s i m 和s l b f f r a f f i c 模型在北京的适用性研究 3 进 行了t s i s 在北京适用性研究，用京客隆交叉口和牛街交叉口的数据 对t s i s 进行标定和验证，并得出了结论：在行人、自行车总流量小 于u 5 0 辆人d , 时，能够较好的描述北京市交叉口的交通状况。但 当行人、自行车总流量大于1 1 5 0 辆人4 , 时时，对机动车的干扰较 大，甚至在交叉口内会影响机动车流，造成机动车流有效绿灯时间 的损失，对于这种常出现在北京交叉口内的现象，通过研究发现他 们无法描述北京市交叉口的交通状况。 2 荣建、郑宏利用国外交通仿真软件进行信号交叉口治理中对t s i s 进行了简单的标定，并应用于北京市劲松交叉口的治理。 3 湖南大学的金双泉在微观交通仿真技术在城市道路系统中的研究 中基于以c o r s i t d 为研究平台进行二次开发的城市交通网络仿真系统 u r b a n s i m ，并应用于分析交通分配中用户平衡和系统最优原理对路 段形式时间、行驶车速的影响等理论和应用研究 4 。 4 廖明军的提高平面信号交叉口通行能力的应用性研究中用t s i s 对交叉口进行模拟并评价。 5 深圳市根据2 0 0 1 年居民出行调查及分析，并根据最新的o d 调查及 规划资料，全面更新和完善交通仿真模型体系，建立了基于p a r a m i c s 的上步工业区微观仿真模型。 6 建设部城市交通工程技术中心承担的项目深圳市城市交通综合治 理项目评估中，通过利用t s i s 微观仿真系统软件对深圳市中心区 进行仿真研究，利用晚高峰的交通流参数，采用2 0 分钟仿真模拟时 段，开发得到了所选择区域的交通网络实时动画仿真模拟演示系统， ：， ，。，：。j ! ! 至三些：塑三! i 堡圭茎堡：! ：一：， ，。一， 获得了路段行程车速、交叉口排队延误以及污染指数等数据，进行 了事前事后对比评价分析，仿真的内容包括了道路、交叉口和公交 专用道三个方面。 7 建设部城市交通工程技术中心承担的项目株洲市综合交通改善规 划中，对株洲的关键交叉口用t s i s t s i s 微观仿真系统软件对深圳 市中心区进行仿真研究，荠评价方案实麓效果。 8 金双泉在交通仿真软件在线控系统中的应用研究中用c o r s i m 仿 真模型模拟长沙市五一路，在分析长沙市五一路主要交叉口的基础 上，就交通仿真模型在线控系统中的应用作了初步系统的分析，并 提出二次相位差调整的概念和效益。 9 金双泉在仿真技术应用于环形交叉口通行能力中的研究中本文 运用仿真技术对环形交叉口的通行能力进行了研究，从微观的角度 对影响通行能力的各关键参数进行了分析。仿真技术的优点保证了 各种交通特性都能在标定通行能力中得到反映，因而相对于经验模 型和分析模型更能体现其研究环行交叉口通行能力的合理性。 2 3 小结 可以看出，国外开展交通仿真研究和应用较早，从上个世纪5 0 年代研究开 发的信号交叉口延误为目标的“g o o d ”软件开始，标志着人们已经着手用计 算机进行交通仿真，在6 0 年代，提出了用以确定时交通信号参数的最优值的宏 观仿真模型t r a n s y t ，在7 0 年代，人们除沿着6 0 年代的研究思路研究单一 目标外，发展到一个软件仿真多个目标的优化软件，在这段时间，交通仿真模 型的精度也迅速提高，功能也更加多样，大部分常见的交通现象均可通过仿真 软件进行模拟。评价指标除了常规的延误、速度、行程时间、排队长度等常规 指标外，还可描述诸如排队溢出、油耗、废气捧放等指标。另外，模型对道路 几何条件的描述也更为灵活。到了2 0 世纪9 0 年代，随着计算机计算速度及内 存的增加，计算机操作系统w i n d o w s 系统的出现，计算机仿真程序着重于友好 晃面及集成系统的开发，使其实用性彳寻到了进一步发展。 与国外相比，国内在交通仿真方面的研究长期处于一种未受重视的状态， 在国内的专业文献中鲜有报道。2 0 世纪9 0 年代以后，国内交通工程界逐渐注 第2 章国内外研究现状与研究成果 意到交通仿真研究的重要性。目前国内的仿真研究仍较为零散，往往只局限于 解决单一问题，如二车道公路通行能力的仿真研究、高速道路入口匝道范围交 通仿真、优先控制t 型交叉口交通仿真等等。在仿真的应用方面，主要引进国 外成熟的研究成果，通过标定模型或软件的参数，从而仿真符合国内交通特性 的交通系统。 北京工业大学工学顼士学位论文 第3 章交通仿真软件标定与验证 由于t s i s 是针对国外交通流特性建立的交通仿真软件，所以在利用它分 析国内的交通问题时，就要对软件进行标定，使软件能够仿真中国交通状况。 在标定中，本文花费了大量的时间和精力用于快速路模型的标定。本文针对北 京交通的主要特征以及与国外交通相比存在的主要差别，标定了t s i s 模型众 多参数中的有关道路、车辆和驾驶行为方面的关键参数，并建立了相应的仿真 模型。 3 1 标定方法简述 就目前来看，对交通仿真软件的标定还没有固定的标准和指导守则，但是 标定的总体思路总结如下： 1 、国内外交通特点的对比分析。从交通和道路环境、车辆状况、驾驶行为 等方面分析国内外交通特性的差异，从而指导标定向正确的方向进行，减少不 必要的精力消耗，提高标定效率。 2 、仿真模型中参数特性的研究。在进行标定之前，首先要确定模型中可修 正参数的特性，也就是评价指标对这些参数的敏感程度，从而在修正参数时有 的放矢。 3 、确定评价指标。根据实际情况，选择能够描述交叉口交通运行质量同时 在仿真软件中也能得到的指标作为评价指标。比如，在城市交叉口处可以选择 交通量、控制延误、平均排队长度、最大排队长度等作为评价指标。 4 、确定样本量。根据结论精度的要求，确定合适的样本量。 5 、确定分析的交叉口、路段或路网。根据由简入深的原则，先对单一的、 简单的交通状况进行仿真标定，然后再对复杂的交通状况进行标定。 6 、确定调查的时间和调查的具体内容。对于交叉口，需要确定交叉口的几 何数据以及交通组成、交通量、交叉口延误等交通指标。对于交织段需要确定 流量、交织比、速度等参数。 第3 章交通仿真软件标定与验证 7 、模拟和验证。用t r a f e d 模块或文本编辑器建立交叉口，用c o r s i m 运行模拟，用t r a f v u 进行动画演示并验证车辆运行情况是否符合实际情况； 用不同的随机数进行模拟运行，研究相关的评价指标的分布，并于实际测量的 数据进行比较；按照需要，调整标定的参数，再次进行模拟运行；观察模拟数 据和实际数据相吻合程度，如此循环，直到满足模拟的精度要求为止。 3 2 快速路模型标定与验证 在c o r s i m 模型中包含两个模型，一个是f r e e s i m 模型，一个是c o r s i m 模型，f r e e s i m 模型适合用来仿真公路和城市快速路，c o r s i m 模型适合用 来仿真城市普通的道路。在以前的研究中，北京工业大学的杨晓宽老师和贺瑞 华同学已经对c o r s i m 模型中的n e t s i m 模型在北京的适用性进行了研究， 但是对于f r e e s i m 在国内的适用性，并没有人进行细致的研究。本文将通过 城市快速路对f r e e s i m 通在国内的实用性进行研究。 城市快速路中主要是由基本路段、出入口、交织段构成，本文将对基本路 段和交织段进行重点研究。由于在交织段内，即包括交织部分，也包括非交织 部分，因此，本文的研究思路是先分析快速路基本路段c o r s i m 模型参数的特 性，取得非交织情况下模型参数的特性，然后再分析存在交织段的情况下模型 参数特性。在对参数特性了解的情况下，最后对交织段中交织流和非交织流一 起进行标定。 3 2 1 基本路段模型参数分析 根据实际情况建立基本路段如下： 路段长度：6 0 0 米，4 车道，为了便于运行指标的比较，交通流率使用实际 采集的数据：4 3 6 7 v e h h ，自由流速度也采用实际铡得的数据：7 2 k m h 。 由于在基本路段上，行驶车速是评价快速路运行情况的主要指标，如果行 驶车速和实际一样，那么，其他的指标比如延误、密度都会相差不大，而且， 使用仪器比较容易获得车辆的速度值，因而选用行驶车速作为评价指标。 本文参数特性分析方法是先固定其他参数，只对一个参数修改运行，并对 北京工业大学工学硕士学位论文 运行指标进行统计分析，寻找参数变化和指标变化的关系，从而为参数标定提 供指导。 在f r e e s i m 模型中，可用来分析的主要参数如下表 表3 - 1f r e e s i m 模型主要参数 t a b l e3 - 1m a i np a r a m e t e ro f f r e e s i mm o d e l 参数描述默认值 跟驰敏感系数 i 2 5 p 值 1 0 换一次车道所需的时间自由换一次车道所需的时间 2 允许别的车辆强制变换车道加入自 为换车道车辆让行的车辆比例 2 0 己前面的比例 最小发车间隔 在仿真中，模型产生车辆的最小间隔 1 6 3 强制换车道所需的间隙确定强制变换车道所需的间隙 判断性车道变换临界值判断性车道变换临界值 4 判断性换车道期望值系数 影响驾驶员决定变换车道的系数 5 在本研究中，f r e e s i m 包括两个模型，个是车辆跟驰模型，一个是车道 变换模型。车辆跟驰模型主要取决于每个时间间隔里面每辆车的加速度，这个 模型是以p i t t 车辆跟驰模型为基础的。 h = z + 上+ c 1 1 + 6 c ( 扰一们 ( 3 一1 ) 其中，h 前后两辆跟驰车辆的车头间距； z p 址c 常数： 三前车的长度( f t ) ； c 驾驶员敏感系数； b 如果一v 0 ，那么其值为o 1 ，否则其值为0 ； u 前车的车速( f t s ) ； 第3 章交通仿真软件标定与验证 v 后车的车速( f t s ) ； 车道变换模型是以驾驶员的动机和换车道的可能性为基础的。车道变化可 能是强制性的，不过驾驶员将车道变换到需要转弯的车道属于强制性变换车道， 其他的情况是属于判断性变换车道。 下面是车辆行驶车速对各参数的敏感程度： 1 、车辆跟驰敏感性系数： 从式3 - 1 中可以看出，在前后车速固定的情况下，随着车辆跟驰敏感系数 的增加，跟驰的前后两车的车头时距也随着增加。从而影响车辆的行驶车速。 从下图中可以看出随着参数值的增加，速度值微小的上升之后，逐渐下降，从 4 5 之后，下降的速度加快，参数最大取值为9 9 ，此时的速度为6 5 7 k m h 。 图3 - 1 速度跟驰敏感系数图 f i g u r e3 - 1s p e e d - - - e a rf o l l o w i n gs e n s i t i v i t y 从式3 1 中可以看出，p 值在公式中是常数值，p 值变化将引起跟驰的前后 两辆车的车间距发生变化，在f r e e s i m 模型中，p 值的取值范围在3 英尺到 l o 英尺之间，也就是说，其对跟驰车头间距的影响范围为7 英尺，即2 1 米。 由下图可知，随着p 值的增加，速度有下降的趋势，但是并不明显。因此，速 度对p 值并不敏感。 北京工业大学工学硕士学位论文 3 、换车道所需时间 图3 - 2 速度p 值图 f i g u r e3 - 2s p e e 岬i t tc a rf o l l o w i n g 换车道所需时间也就是完成一次判断性转换车道所需的时间，在f r e e s i m 模型中，默认的换车道时间是2 秒，在基本路段上，如果车辆类型比较单一， 换车道次数相对较少，换车道所需的时间对道路的运行车速影响很小，从下图 可以看出，在基本路段上，随着换车道时间参数的增加，速度变化幅度很小， 在o 5 之内。因此在基本路段标定时，可以不考虑换车道所需时间的标定。 3 - 3 速度换车道所需时间图 f i g u r e3 - 3s p e e d - - t i m et oc o m p l e t eal a n e - c h a n g e 4 、车道变换阚值 车道变化阈值是车辆在进行车道变换时所需的最小值，增加车道变换闽值 将减少车道变换的数量。在f r e e s i m 模型中，车道变化阈值的默认值为0 4 ， 从下图可以看出，随着车道变换阈值的增加，路段速度逐渐减小，但是影响不 第3 章交通仿真软件标定与验证 大。 图3 - 4 速度车道变换阈值图 f i g u r e3 - 4s p e e d - - a d v a n t a g e t h r e s h o l df o rd i s c r e t i o n a r yl a n ec h a n g e 5 、紧急情况下最大减速度 紧急情况下最大减速度反映了车辆的减速性能，在f r e e s i m 模型中，紧 急情况下最大减速度参数的增加对基本路段的行车速度有微弱的影响，最大减 速度从8 f t s e c 2 增加到1 5f t s e c 2 ，车速增加不到1 公里，j 、时。 建议换成中文，其中的2 应该用上标。 图3 - 5 速度紧急情况下最大减速度图 f i g u r e3 - 5s p e e d _ m a x i m a le m e r g e n c yd e c e l e r a t i o n 6 、非紧急情况下最大减速度 在f r e e s i m 模型中，非紧急情况下最大减速度参数的改变对基本路段车 速基本没有影响。 图3 - 6 速度非紧急情况下最大减速度图 f i g u r e3 - 6s p e e d - - m a x i m a ln o n - e m e r g e n c yd e c e l e r a t i o n 7 、最大加速度参数 在f r e e s l m 模型中，最大加速度参数的改变对基本路段车速也基本没有 影响。 图3 7 速度最大加速度图 f i g u r e3 - 7s p e e d - - m a x i m a la c c e l e r a t i o n 从上面的分析中可以看出，对f r e e s i m 模型中的基本路段，车辆跟驰敏 感参数对速度的影响最明显，换车道参数对基本路段影响不大。 1 8 - 第3 章交通仿真软件标定与验证 3 2 2 交织段模型参数特性分析 根据现状的交织段，利用t i s i s 中t r a f e e d 建立交织段，采用实际的交 通量，自由流速度采用实测自由流速度：7 2 k m h ，然后通过修改参数观察参数 对评价指标的影响i 在交织区中，按照实际埋设测速仪的地点，设置感应器， 并以感应器测出的速度作为评价指标。