VISSIM基础培训向导51.doc

PTV China 辟途威交通科技(上海)有限公司PTV VisionVISSIM 5.1初级培训PTV China辟途威交通科技（上海）有限公司2008.09第 3 页说 明该手册为VISSIM初级入门培训专用，旨在帮助用户了解VISSIM的基本原理和操作习惯、仿真模型构建、仿真评价数据输出等基础知识，大部分具体操作还需用户结合VISSIM Manual来使用。需要指出的是，该手册仅提供VISSIM入门和基础应用的一个向导，并不能代替PTV公司工程师的专业培训，如果需要更专业的应用学习，欢迎参加PTV公司的定期培训，培训信息敬请关注： 。该手册任何单位或个人未经许可，不得随意复印和传阅。目 录PTV Vision11交通流仿真及VISSIM基本原理简介11.1 交通流仿真原理11.2 VISSIM基本原理12VISSIM模型数据需求22.1 准备阶段22.2 网络数据32.3 交通流数据32.4 信号控制数据42.5 公交数据43基本流程和操作习惯43.1 基本流程43.2 主界面和操作习惯64仿真建模关键细节74.1 加载背景图并配置比例尺74.2 加载和设置路径决策点84.3 加载和设置优先规则104.4 冲突区域的设置与定义124.5 检测设备的设置与定义145仿真数据输出与分析165.1 仿真结果输出165.2 仿真分析176PTV Vision相关软件与VISSIM建模181 交通流仿真及VISSIM基本原理简介询问、调查培训对象知识背景，酌情进行原理介绍。1.1 交通流仿真原理交通流仿真通过构建车辆的通行环境（道路网、交通控制、限速等）、驾驶员行为（跟车、换道超车等）、车辆性能特性、交通需求特性等交通要素的计算机模型，通过“再现”或“预演”交通流在不同的交通流组织方案、交通控制管理方案下的运行特性，达到评价、优选方案的目的。原理概念关系如下图所示。车辆通行环境驾驶员行为车辆性能特性需求产生特性交通仿真模型再现交通流运行预演交通流运行现状方案评价设计方案评价如图所示，交通流仿真基本应用有如下三类：（1）现状交通流运行状况评价发现问题；（2）交通流组织设计方案评价优化系统；（3）实时交通系统状态评估监控系统，属高级应用。1.2 VISSIM基本原理VISSIM是一种微观、时间驱动、基于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（车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等），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。VISSIM的主要应用包括：l 公交优先信号控制逻辑的设计与评价。l 除了内建的定时信号控制模块外，还能够应用VAP、NEMA、SCATS、LISA+OMTC、TEAPAC、VS-PLUS等感应信号控制模块。l 在同时应用协调信号控制和感应信号控制的路网中，评价和优化（通过与Signal97/TEAPAC的接口）交通运行状况。l 城市道路网中轻轨建设项目的可行性及其影响评价。l 交织区交通分析。l 交通设计方案的对比分析。l 复杂布局轻轨和公共汽车站点的交通影响分析。l 公交优先方案的评价。l 使用内建的动态交通分配模型，解决行驶路径选择的相关问题。VISSIM的核心由交通仿真器和信号状态产生器两部分组成，它们之间能够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：行程时间、排队长度等。交通流模型交通控制2VISSIM模型数据需求2.1 准备阶段（1）仿真目标分析：仿真时段、热身时长、基本输出数据内容和精度要求；（2）仿真数据调查：根据仿真目标确定准备数据内容（内容见本章后续各节）、模型构建策略和精度、仿真运行方法。2.2 网络数据（1）现状或设计的路网方案图：比例尺最好大于1:2000，1:500或1:200效果更好，VISSIM支持的背景图格式有：（2）详细的交通设计（交叉口渠化）方案：车道线及车道功能、信号灯、检测器等；（3）车道数与车道宽度；（4）公交站点位置和尺寸（如需考虑）；（5）停车线位置；（6）右转限速；（7）应用动态交通分配时，还需要加入交通小区和停车场。2.3 交通流数据（1）交通流中各种车辆成分及其比例：各种车辆的物理尺寸、动力性能，可以在VISSIM的车型库里选择；（2）车辆类型、交通管制的交通方式对象等；（3）各种交通方式的静态路径流量（注意：输入的流量单位必须转换为小时流量，尽管某些路径流量的时间段可能小于1小时）；（4）当采用动态交通分配时，应该给出与路网中小区对应的OD矩阵；（5）公交车辆与公交线路数据；（6）各类车辆的期望行车速度分布，以及在路网中不同位置的车速的变化。（7）在需要对模型进行标定时，还需要部分行程时间和饱和流量。2.4 信号控制数据（1）每个交叉口的信号周期、绿灯时长和红黄时长。（2）定时控制：每个信号灯组的红灯结束时间和绿灯结束时间。（3）感应控制（属于中高级培训）： 信号阶段定义； 信号阶段的间隔定义（从CROSSIG导出）； 最小绿灯和红灯时长； 感应控制逻辑流程图； 感应逻辑实施的相关参数。2.5 公交数据（1）公交线路路径和走向；（2）公交站台的几何尺寸；（3）公交车辆的期望行驶车速尤其是转弯地方；（4）仿真时段内公交发车时刻表或发车间隔；（5）乘客上下车的时间分布，可以对不同线路、不同站点分别进行定义；（6）服务水平的分布；（7）特殊仿真需求数据（如路径等待时间）；（8）车辆几何尺寸和物理性能参数；（9）最大加速度和最小加速度；（10）对于感应控制公交优先控制，定义感应区段长度；（11）对于感应控制公交优先控制，感应设备位置信息。3基本流程和操作习惯3.1 基本流程构建一个VISSIM仿真模型的基本操作流程如下：（1）打开VISSIM，新建一个文件。（2）创建编辑各种速度分布和加减速度分布。（3）修改编辑车辆类型的特征参数和分布。（4）创建车辆组成（Vehicle Composition）。（5）制作一张路网背景图来自遥感、航拍、电子地图转换、AutoCAD设计图等。（6）在VISSIM中读入该背景图，进行定位、定义比例尺操作，并保存加载背景图后的VISSIM文件，（注意：精确定位、定义图形比例尺是必须的，因为这将决定你后续所建路网模型与实际路网的真实度）。（7）绘制路段和连接器（Link & Connector）结合车道类型、驾驶员行为等参数，这里主要包括机动车道、自行车道和人行道。（8）在道路网的相应入口处加载机动车、自行车或行人的交通产生量反映整个仿真时段内的交通需求变化。（9）定义路径决策点和主要路径分支的比例。（10）定义路网的限速区段。（11）定义无信号控制交叉口的冲突区域（停车/让路规则），保证优先交通流与次要交通流的安全交织。（12）如有停车标志的话，定义无信号控制交叉口的停车线及其停车时间分布设置。（13）信号控制交叉口应创建信号控制器（Signal Controls），定义每个信号控制器的信号灯组、定时控制的灯色变化时间表、感应控制的类型和相关文件设置。（14）在路网中绘制信号灯在停车线处绘制信号灯（Signal Heads），并选择各个信号灯对应的信号灯组。（15）对于感应控制类型的交叉口，需要设置检测器。（16）右转车辆受控情况下停车线设置。（17）信号控制交叉口中设置信号控制后各冲突交通流的优先让行规则设置。（18）公交站台位置及其停车时间分布设置。（19）创建公交线路。（20）数据统计分析设备设置：行程时间分析路段、延误分析路段、排队计数器、数据检测器等。3.2 主界面和操作习惯1软件主界面按钮栏菜单主界面状态栏栏 目描 述菜单包含软件运行的各种功能，模型基础参数设置的入口。按钮视图导航、文件快捷、仿真运行控制，交通要素对象的选型与编辑等。状态栏编辑状态下显示提示、运行状态下显示运行信息等。主界面图形用户界面，编辑仿真路网模型和加载交通生成点、统计设备等。每编辑一类路网元素时，需在工具栏上选择相应的元素类型。注：具体各栏的各功能项参见VISSIM Manual。2操作习惯VISSIM中一般常用的操作如下列表，这些操作将伴随整个过程。点击鼠标右键在路网外部点击鼠标右键，打开所有已定义路网元素的选择列表，选择目标路网元素，进入编辑模式。在路段上点击鼠标右键（或按住并拖动），插入新的路网元素。点击鼠标左键单击鼠标左键，选择一个已有的路网元素。双击鼠标左键，打开路网元素的属性窗口。Return相当于点击确定。Esc相当于点击取消。Del删除已选路网元素。Home显示整个路网Page Up放大Page Down缩小Backspace返回前一画面,在选定方向以1/20屏幕尺寸的速度滚动屏幕。按住，滚动速度增加为1/2屏幕尺寸。4仿真建模关键细节根据3.1基本流程，对部分关键的建模细节进行描述如下，为了简化描述，打开菜单的路径采用“查看选项”的形式进行描述。4.1 加载背景图并配置比例尺加载并精确定位背景图是VISSIM模型构建的关键步骤，直接关系到后续所加路网元素空间尺寸和位置的准确性，乃至后续仿真指标的输出等。（1）按VISSIM支持的背景图文件类型准备好背景文件，并存于用户定义的文件夹中，并通过查看选项打开图形显示选项对话框，选择语言 & 单位选项卡，将单位设置为国际标准单位。（2）按菜单查看背景编辑打开背景选择对话框，如下图左。点击读取按钮，在windows对话框中找到目标背景图并打开，如图右，可打开多个背景图。（3）点击上图右中的起点按钮，背景选择对话框消失，鼠标光标变成“手”的形状，可以移动图片，使其右下角点坐标与实际相符。或者按查看背景参数打开背景参数对话框，如下图左，点击其中的修改按钮，弹出背景对话框，如下图右，直接输入图片左下角顶点的坐标。（4）再次调出（2）中图右的对话框，点击比例按钮，鼠标变成一把尺子，按住鼠标左键在背景图上画出一段长度（对准已知长度的图形对象），松开鼠标时弹出一对话框，输入实际长度即可完成背景图的比例尺定义。比例尺仍不够准确的，用（3）中的图右对话框中的缩放比例参数进行设置，需要注意的是：输入的背景图缩放比例系数是真实尺寸除以“当前”背景图的图形尺寸而非原始图片尺寸。4.2 加载和设置路径决策点当使用静态的路径信息仿真交通流运行时，需要在路网的入口处定义车辆输入后，在部分路径变更的区段（如交叉口进口道之后的车流将分为左、直、右三个方向）设置路径决策点（Routing Decisions），这将直接影响仿真期间路网交通流的空间分布特性。（1）在按钮栏上选择，点击鼠标“左键”选取欲设置路径决策点的路段或连接器，在欲设置路径决策点的位置点击鼠标“右键”，图形上添加了一红色线段，同时弹出创建路径决策点对话框，如下图所示。输入相应的编号、相对于所在路段起点的位置、路径决策点作用的车辆类型、路径决策点的类型这里选取静态（其它类型在中高级培训中用到）。（2）在主界面中，创建该决策点所对应的终点断面，具体方法是：左键选择需要创建终点的路段，然后在选种的路段上的目标位置点击鼠标右键，创建新的终点断面（以绿线显示），其中黄色粗线代表决策点和终点断面之间的通路。使用同样的方法，为决策点创建不同的路径终点断面。（3）在创建完成之后，左键双击所创建的决策点（红线）或路径（绿线），打开如上右图中所示的路径对话框，该对话框的右边部分是时间间隔窗口，用于编辑该路径决策点的有效时间段这是由于不同时间段路径分支之间的比例是不同的，因此对于整个仿真期间，可能需要设置多个时段的不同路径分支比例。点击鼠标右键，在弹出的上下文菜单内选择新可以向时间阀值列表内添加新的阀值，并在新生成的单元格内输入相应的时间阀值；也可以在选中列表中的某个阀值之后，选择删除，用来删除该阀值。（4）在左边路经决策列表中，选择需要编辑的路经决策，然后进行相关设置：首先设置路径决策的属性（编号，名称，位于），以及有效控制的车辆类别，然后根据时间间隔列表中定义的时间间隔，在窗口中间的路径列表中，定义不同时间间隔内，各个路径的相对流量。（5）在路网外任一点点击鼠标“右键”，弹出路径决策点及其路径分支的列表，可搜寻选择各个路径并编辑其数据。（注意：在路径决策点附近，需要改变路径的车辆将变换车道行驶，如果设置不合理，将会导致路段上不真实的交通拥挤和排队，因此，应尽量将路径决策点分散设置在离统计区段（如交叉口范围）较远的地方。）4.3 加载和设置优先规则交通流总是会相互交织和冲突的，为了保障交通安全，就需要采取措施在时间上分隔交通流。交通信号控制是一种有效的分隔方法，此外，还需要规定交通流的优先让行规则，在最新的VISSIM版本中，除了优先规则设置，VISSIM提供了更加强大的新功能冲突区域，来设置交通流的优先让行，更多关于冲突区域的设置见4.4节。（1）在按钮栏上选取设置优先规则，鼠标“左键”选取冲突区域中的停车交通流所在的路段或连接器，在停车线位置点击鼠标“右键”，添加了一条停车线，点击鼠标“左键”选取冲突区域的优先交通流所在的路段或连接，在冲突区域的前端点位置点击鼠标“右键”定义冲突区域和优先交通流特性，此时弹出优先规则对话框，如右图所示。（2）选择该优先规则是否对所有车道有效、有效的车辆类型、以及条件.按钮定义该规则在什么信号控制条件下有效。对于冲突区域和优先交通流的设置，主要有优先规则对话框右下角的三个参数，具体的参数含义如左图所示。（3）考虑到冲突区域的优先规则的定义对于交叉口的通行能力的影响较大，下面特举例说明优先规则设置的参数之间的关系。（4）关键提示。 一条停车线可对应多个冲突标志，从而一条停车线可以拥有多种优先规则。 为了简化优先规则模型，冲突标志和停车线既可以设置在单条车道上，也可以设置在路段上。如果车道参数不相同或停车线的位置不同，需要针对车道设置冲突标志和停车线。 冲突标志（绿线）可以识别位于冲突标志前方、进入路段的所有连接器上的车辆。如果冲突标志同样能够识别停车线处的等待车辆（等待车辆在冲突标志的车头间距范围内），将会产生一些问题。路段上的冲突标志必须设置在相关的连接器进入路段的前方。 在一系列优先规则的作用下，如果车辆出现自等待或互为等待的现象，VISSIM能够自动识别，并加以解决：始终以最大车速行驶的车辆将最先到达。4.4 冲突区域的设置与定义冲突区域可以替代优先通行规则，在交叉口中定义优先权。该方法相对容易定义，而且车辆的行驶行为更加有计划，有判断力，因而值得推荐。VISSIM中任意两个路段/连接器的重迭处都可以被定义为一个冲突区域。用户可以选择其中哪一个方向的路段/连接器具有优先权。驾驶者都是有计划地穿越一个冲突区域。没有优先权的驾驶员观察主路上的车流，找出他决定通行的空间空档。随后他计划在下一个秒内提速，以便穿越冲突区域，同时还要考虑冲突区域后面的交通情况。如果驾驶者知道由于其他车辆的影响，他在冲突区域内必须停下来或是减速，那么他就会考虑花更多的时间来穿越冲突区，或者干脆就不穿越冲突区域。而对于有优先权的主路上的车辆也有相似的反映：如果由于相交的车辆驾驶者过于乐观地估计冲突区域的情况而导致该车辆无法完全穿越该区域，那么主路上的车辆会采取刹车或停车的行动。同样当冲突区域下游由于信号控制发生发生排队现象时，主流车辆会尽量避免在冲突区域停车，以免堵塞相交车辆流。这样，在穿越冲突区域时，主路上的驾驶者也有着与次路上的驾驶员相似的计划。（1）鼠标左键点击可能出现冲突的位置：冲突路段会突出显示为黄色，两条路段的重迭部分也会用黄色显示，这是非激活的冲突区域的标志。（2）右击鼠标一次或多次来定义一个激活的冲突区域。选择相应的优先权配置，可通过状态栏和路段颜色的显示来表示路段的优先权：绿色=代表主路，有优先权；红色=代表支路，无优先权；双红色用于分支冲突，每个方向的车辆都需要“看见”对方来车，该区域没有明确的优先路权；双黄色表示该冲突区域非激活。（3）鼠标双击一个冲突区域，或在路网空白处点击鼠标右键，打开冲突区域集对话框，如下图所示。设置不同的参数： Visibility：接近冲突区域行驶车辆可以看到其他路段上的车辆的最大距离。当支路上的车辆离冲突区域的距离大于该值的时候，该车辆的驾驶计划始终为在冲突区域之前停车。注意：当该距离值低于1米时，可能造成车辆永远停止不前，因为它不可能到达这么短的距离。 Front Gap（只用于相交冲突）：主路车辆的尾部和支路车辆的前端之间的最小时间空档，以秒形式表示。即：在主路车辆离开后再进入冲突区域的支路车辆的等待时间。 Rear Gap（只用于相交冲突）：支路车辆的尾部和主路车辆的前端之间的最小时间空档，以秒形式表示。例如，支路车辆离开后，需要保证在主路车辆进入冲突区域的的之前，有足够的间隔间。 Safety distance factor（只用于汇合冲突）：此值乘以主路车辆的安全距离期望值就决定了支路车辆完全进入汇合冲突区域需要保持的最小空间空档。 Additional stop distance（只用于支路）：停车线向冲突区域上游的附加距离。这样，让行车辆会停在冲突区域更上游的位置，并在通过冲突区域时行驶更长的距离。 Anticipate routes：输入一个介于0.1之间的实数。该系数描述了在到达冲突区域的支路车辆中，多少比例（%）的支路车辆需要考虑主路上到达车辆的路径（在计算间隔时）。 Avoid blocking：输入一个介于0.1之间的实数。该系数描述了在到达冲突区域的主路车辆中，多少比例（%）的车辆可能因为不能立即通过冲突区域，而选择不进入冲突区域。 因为这些主路车辆需要留出足够的空间，保证下游冲突区域上的支路车辆可以通过。按照比例，被划分的车辆会自动检查通过下游冲突区域的空间。如果该空间比车辆长度加上0.5米的距离更小，如果拥挤车辆的速度低于5m/s或小于其75%期望速度（或者其前方障碍物为红灯），那么该车辆就不会进行入冲突区域。4.5 检测设备的设置与定义VISSIM仿真模型通过对车辆的延误、行程时间等指标的统计分析，达到评价现状或交通设计方案的目的，VISSIM主要提供了数据检测器、行程时间统计区段和排队计数器三种检测设备，各种统计分析功能围绕着这三种设备展开。（1）数据检测器Data Collection Point，类似于实际路网中的交通流检测器，可检测的参数如下图所示（点击评价数据采集配置配置），可由用户自行配置，这些数据可以存储为ASCII码文件或数据库表格。（2）行程时间统计区段Travel Time Section，通过设置，可以统计目标区段内在特定时间段内、各种车辆类型的行程时间，如右图对话框所示。（点击评价行程时间配置）（3）排队计数器Queue Counters，如下图定义排队的定义。（点击评价排队长度配置）5仿真数据输出与分析5.1 仿真结果输出运行仿真模型，可以输出一系列的仿真数据，可以Text文件或数据库表格的形式输出数据，便于统计分析。（1）VISSIM可以输出的数据可以通过评价文件打开如右图对话框进行配置。（2）其中的节点, 数据采集, 行程时间, 排队长度等需要相关的路网元素的设置，才能配置其输出指标。（3）单击右图对话框中的配置按钮可以配置各项的输出指标，过滤器按钮可以过滤选取各项中的部分元素或部分时段的输出指标，而不是该项所有的元素都输出。（4）默认的仿真数据输出采用Text文件，也可以用数据库格式输出，选取评价数据库菜单，打开左图对话框，选择输出数据的目标连接数据库并配置数据库连接属性。（5）具体的各项输出指标将在连接数据库中创建相应数据表，并可通过上图的数据库联接属性按钮设置数据表名和所输出字段。（6）除了输出数据外，VISSIM也可以对仿真运行过程进行3D录像，用户可以配置录像的不同视角和时间长度，便于直观展示仿真模型运行的效果。具体的配置路径为显示3D视频关键帧，定义各个视角的关键帧的属性，具体设置方法参见VISSIM Manual。在录制Avi文件时，为了使得录制的文件不至于太大，在选择压缩程序时，建议可以采用Cinepak Codes by Radius 或者Microsoft Video 1。5.2 仿真分析与交通系统的随机特性相对应，VISSIM也充分考虑了各项参数的随机特性，例如车辆类型的速度、加速度等均采用分布，而不是固定均值。车辆输入也是采用泊松分布产生的。决定VISSIM这些随机特性一个重要参数就是仿真的随机种子Random Seed。选取仿真参数，打开右图对话框。改变VISSIM的随机种子，可以使得每次运行模型的结果不同，这样通过统计分析平均，可以得出比较合理的，反映一定时间段内实际或设计交通