【《殷高西路铁路路口行人过街交通仿真建模分析案例》6700字】

殷高西路铁路路口行人过街交通仿真建模分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3887殷高西路铁路路口行人过街交通仿真建模分析案例 132661.1仿真背景 1131211.2基础路网模型建立 1262551.2.1铁路部分 227981.2.2机动车道部分 227901.2.3行人面域 330571.3参数选择及标定 5280071.3.1交通构成及流量 594581.3.2路径 934531.3.3信号控制 10321351.3.4冲突区域 13273501.3.5结果评价 14315711.3.63D视频制作 17201081.4仿真结果分析与建议 18交通仿真模型是将交通系统中各种元素进行合理的组合，是对现实交通环境的大致描述，交通仿真模型需要对现实的交通状况进行分析，然后确立仿真设计方案，依据方案完成各项内容设置、添加参数达到接近现实情况的仿真模型。仿真背景为方便并准确地建立VISSIM仿真模型，可以使用实际交通路网的图片作为背景，添加背景图后，在背景图上进行操作使得仿真路段与实际路段的位置与大小相同，仿真出来的模型更接近现实情况。在仿真软件VISSIM路网对象中，选择“背景图片”添加该铁路路口附近整体环境的卫星影像地图的图片作为背景，在确定了图中某一路段距离长度后确定背景图大小，利用左下角的比例尺对图片进行放缩达到合适尺寸，然后按照1：1地图比例大小进行仿真建模。基础路网模型建立铁路路口行人过街的路网建模主要分为列车、机动车辆与行人交通行为环境，分别要从铁路、机动车道和行人面域这三部分进行建模。在仿真软件VISSIM中的路段（Link）和路段连接器（Connector）功能可用来仿真描述出一条完整的道路，通过多条道路的穿插建立和相互连接完成列车、机动行人的可行驶范围和行动范围，实现整个路段的仿真。铁路部分殷高西路铁路路段有一条铁路，列车可沿不同方向进行行驶，在路网对象中选择路段在路网编辑器上添加两条路段，一条是由西南方向通往东北方向的路段名称“右侧铁路”，一条是由东北方向通往西南方向的路段名称“左侧铁路”，作为铁路的路段只需一条列车车道，设置行为类型是“2:右侧行驶（机动车型）”，显示类型是“11：轨道（石质）”，车道宽度为4.5m。如图4.1，铁路路段长度设置较长，方便完整展示列车经过该路段。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s11铁路路段设置机动车道部分选择路段在路网编辑器上沿东西方向建立两条路段作为机动车道，一条名称是“殷高西路北侧两行车道”，一条名称是“殷高西路南侧三行车道”。北侧路段设置行为类型选择“1：城市（机动车型）”，显示类型选择：“1：道路灰色”，车道两条宽度分别为3.5m，3.5m；南侧路段设置行为类型、显示类型与北侧路段一致，车道三条宽度分别为3.5m，3.5m，3.5m，如图4.2。这两条路段是车辆输入的主要车道，路段分别从铁路路段左侧和右侧距离120m处延伸至铁路旁。再设置2条穿过铁路路段后的车道路段与铁路左侧的路段相互平行，且相同行驶方向的路段在同一条直线上，方便之后使用连接器将汽车行驶方向一致的路段相互连接，这两条路段时作为车辆穿越铁路路口后远离铁路的路段。然后用链接器分别将南北侧路段两两相连，由于殷高西路汽车道路路段是一条直线，无须设置多个中间点，如图4.3。完成机动车道部分后可以观测到铁路与机动车道相交，但是互不影响。图STYLEREF1\s4,2殷高西路北侧路段设置图STYLEREF1\s4.3路段连接器设置行人面域在仿真软件VISSIM的建模过程中，行人可直接在路段上和车辆输入的操作一样添加行人输入，也可以通过多块面域使得行更为灵活地移动。面域是一片供行人行走活动的区域，在路网编辑器中可添加多块面域进行组合，在面域上可以添加行人输入、行人路径，可在行人面域中设置行人在面域上的行为类型、时间分布、进行排队和排队评估或者使用公共交通功能作为等待区域或者站台边缘。根据实际铁路路口行人过街交通状况，利用多边形行人面域在路网编辑器中添加行人活动范围，即铁路路口附近行人行走的区域。各个方位的面域组由不同大小的面域组合而成，小面域与小面域之间紧密结合，总体可将面域分为五个部分，铁路东西两侧的四块面域和在铁路东南侧额外设置的一块面域。（如图4.4）这些面域可作为行人输入点区域和行人行进路径区域。而在经过铁路路口处，用路段作为行人面域使用将两侧的面域相互连接。同时路段（Link）不仅可作为机动车道使用，在模拟铁路路口行人过街时，还可将路段作为人行横道使用，在设置路段时勾选作为行人面域直接使用即可得到一个行人能行走的路段，该路段可与其他面域相互联系。图STYLEREF1\s4.4路段行人面域设置在铁路左侧10m处添加一条路段作为行人面域使用以展示此处人行横道行人过街的情况，行人横道线路段如图4.5所示。图STYLEREF1\s4.5行人横道线路段铁路路口完整路网如图4.6所示。图STYLEREF1\s4.6铁路交叉口完整路网图参数选择及标定铁路路口行人过街仿真设计主要是为了能较真实地模拟铁路交叉口行人过街的实际情况，体现过街行人等待、过街的整个过程，其中包括机动车辆等待、行人等候和行人过街等情形，为了更准确完整地描述出实际情况中行人在等候和过街时的相关数据和行为特征，本次仿真选择的参数有行人速度及各路径对应的交通流量、机动车行驶流量与速度、信号控制时间，同时对冲突区域优先级进行设置。交通构成及流量根据实际调查视频录制统计所得交通数据资料，对该铁路路口添加车辆输入和行人输入。在仿真过程中以速度作为参考量可反映出不同年龄段的行人的速度，将所有人群统一为男士和女士，在行人构成、行人构成的相对流量中选择行人，行人类型分别为“100：男士”和“200：女士”他们的比例为1：1（如图4.7）。图STYLEREF1\s4.7构建过街行人类型VISSIM系统中行人步行速度默认期望速度为5km/h，下限4km/h，上限6km/h，数据较为单一。铁路路口行人过街是一个较为短暂的过程，在仿真过程中设置的行人输入不是直接出现在铁路路口，将短暂的铁路路口行人过街的速度作为整体速度达到该路段数据的准确。在“期望速度-分布”中新建一个期望速度名称为“blq行人”编号1048，用交通流量调查的数据进行期望车速分布，下限值为3.00km/h，上限值为7.00km/h，选取十个点分别为（3.21,0.13），（3.41,0.28），（3.66，0.43），（3.90,0.54），（4.20,0.64），（4.48,0.74），（4.77,0.82），（5.13,0.90），（5.41,0.95），（5.74,0.97），多个点保证数据的分散和准确。（如图4.8）图STYLEREF1\s4.8行人速度分布行人输入点为模拟行人过街起始点的行人面域，行人流量据表3.2计算可得，在仿真中7个行人流量输入位置情况如图4.9所示。图STYLEREF1\s4.9行人输入点及其流量VISSIM可对车辆期望车速分布进行设置，在实际情况中该路段最高限速30km/h且为直线路段，非特殊情况公交车速度与小汽车速度没有明显差距相同，同样以25-30km/h的速度在路段上行驶。（如图4.10）。图STYLEREF1\s4.10车辆速度分布各路端头车辆输入构成类型及其流量比例参照表3.1。车辆输入端机动车的构成类型统计时分为小汽车和公共汽车两大类，不同类型车辆相对流量比例及速度如图4.11。图STYLEREF1\s4.11车辆期望速度分布和相对车流在本仿真设计过程中还要用到列车进行仿真模拟，在设置好的两条铁路路段添加如图4.12所示的公交线路编号1，车辆类型选择“610：火车”，期望速度分布选择：“60:60公里/小时（58.00km/h,68.00km/h）”作为列车的主要参数，整个公交线路贯穿一整条铁路路段。而公交线路开始时间根据与信号控制相对应，由信号控制参数具体设置。图STYLEREF1\s4.12铁路路段公交线路设置为还原铁路路口的真实状况，选择“2D/3D模型/2D/3D的模型组成”对火车进行建模，如图4.12模型。一共使用一个列车头部模型，一个列车尾部模型，四十二个列车中部模型。图STYLEREF1\s4.13列车3D模型路径机动车辆在该直线路段只有两种方向，从西向东和从东向西，在车辆行驶过程中必须经过铁路路段，在有列车时行驶会受到影响需要停止，在没有列车时正常行驶，可进行变换车道，但不可转弯掉头，从两侧各路段端头车辆输入位置进入一直行驶到路段末尾处。如图3.4行人流过街示意图所示，在机动车路段上下侧的人行道都有由东至西、由西至东的人流，上侧行人两个方向的行人都是沿一条笔直的人行道许经过铁路路段进行行进，下侧的行人：西侧输入的行人随机选择东侧出口离开或者东南方向的出口离开区域，东侧输入的行人在下侧人行道交汇处的可选择东侧出口离开或经过铁路路段从西侧出口离开，同样东南侧输入的行人在交汇处也可选择东西两侧不同位置离开该区域。在铁路西侧20m，通过人行横道的行人可从南北两侧进入，离开方向随机不作为具体观察。在仿真中行人随机从五各主要行人输入面域和人行横道两端面域出现，各位置点已经经过设置行人流量不同，行人在马路两旁可进行两种方向的行走与车辆不同，在其中设置了行人输入的面域上添加行人路径点作为起点，再选择一个面域点作为终点，随机出现的行人会有按照该路线进行行进直到。在仿真中完成所有调查的行人行走路径，如图4.14展示了仿真所设置的行人输入点和其中一条行人路径。图STYLEREF1\s4.14行人输入点和行人路径信号控制信号控制参数是路口仿真模型最重要的参数，通过信号控制系统模型的建立可模拟铁路路口行人及车辆受到列车影响的交通行为。需要通过信号控制机（SignalController）建立信号控制方案：在调查中，当有列车将要经过殷高西路铁路路段时，会有铁路两侧的交通信号提醒过往车辆和行人，一般该提醒会在列车经过铁路路口的2至3分钟之前闸口关闭，列车通过大约30秒，列车完全通过后放行，由于列车通过时间随机，信号控制的整个过程不是周期性的，铁路路口信号控制较为随机，且与行人、机动车辆和火车不存在直接关系，铁路路口信号是指铁路路口闸口的关闭或打开，闸口的关闭和打开会影响行人、机动车辆的经过，闸口关闭表明有列车将要经过，具体经过时间未知。仿真模拟中将铁路路口信号分为两个阶段，闸口拦截阶段和闸口放行阶段，为了还原铁路路口真实状况，仿真刚开始的一段时间作为无列车通过时段，使机动车道、人行道上的流量正常。编辑信号控制器，添加signalprogram对各信号相位进行配时，即各相位红、绿、黄灯时长，在“信号配对方案1”中设置两个信号灯组分别为“信号灯组1”和“信号灯组2”，信号灯组1在0s-140s为绿灯，之后140s-312s为红灯，然后312s一直到600s保持绿灯，信号灯组2与信号灯组1完全相反，在0s-140s为红灯，之后140s-312s为绿灯，然后312s一直到600s保持红灯，该信号灯控制反映了闸口锁闭与闸口开放是完全对立事件。（如图4.15）图STYLEREF1\s4.15信号相位及配时每个信号灯头（SignalHead）控制的对象为所在的Link上的交通元素，所以对于多车道信号控制路段根据实际交通环境需要在每条车道逐个添加相应的信号灯头，信号灯组为与信号控制机中对应的信号灯组，在机动车道与人行道上添加“信号灯组1”作为信号控制，如图4.16所示为添加殷高西路南侧三行车道最左侧机动车道上信号灯头，该信号灯在铁路左侧，在该侧机动车路段设置的信号灯根据现实情况都设置在铁路左侧的人行横道左边，人行横道、人行横道与铁路之间的空隙为静止停车区域，南侧所有机动车路段都需按照这个要求完成信号灯设置。同样地，将殷高西路北侧机动车道和行人面域上添加“信号灯组1”。图STYLEREF1\s4.16添加信号灯作为行人面域的Link与作为城市机动车道的Link不同，城市机动车道为单方向的路段，作为行人面域来模拟人行横道的Link是无须定义方向的，面域不可拆分也不可包含任何中间点，不能用连接器相连即使不在该路段上定义行人输入，由于用路段设置的机动车道为单方向的只能单方向行驶，所以只需在过来方向添加信号灯，而行人在行人面域上行走时为双方向的，需要在铁路两侧添加信号灯。行人的面域相互连接建立好后是双向的，同时拥有多个对象（如图4.17），通过右击路段在多个对象中选择要进行操作的目标，确定好添加信号灯头的路段或面域，然后添加控制此方向过街行人的信号灯头（如图4.18）。图4.17面域上各种对象图4.18红线为行人面域信号灯头冲突区域据观察，整个路口中共存在一处冲突区域，该冲突区域是一段非信号灯控制的人行横道。冲突区域位置如图4.19，绿色区域所在路段上的行人具有优先通行权，红色区域所在的路段车辆在有行人时会进行避让措施。具体设置如图4.20所示。图STYLEREF1\s4.19冲突区域图STYLEREF1\s4.20冲突区域设置路段状态为：“2等待1先行”，行人在该人行横道可直接以随机的速度通过，当有车辆恰与行人相遇时，行人正常通行，机动车停在人行横道前等待行人通过。在右侧铁路区域也会有铁路路段与机动车路段、人行道路段的冲突，但有信号的控制可以避免这些冲突，可不作设置。结果评价数据输出仿真模型评价项目选择为铁路路口行人过街平均速度、停留时长。数据输出可在评估设置内勾选不同的数据类型得到。（如图4.21）图STYLEREF1\s4.21数据输出结果对比通过多次改变随机种子进行仿真（如图4.22），在仿真运行时可得到变化较小的数据结果。图STYLEREF1\s4.22随机种子选择图4.23展示了部分数据，得到的总体数据如表4.1所示。图STYLEREF1\s4.23铁路路口行人过街仿真行人数据表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s11铁路路口行人过街仿真时长行人编号期望速度（km/h）平均速度（km/h）行人编号期望速度（km/h）平均速度（km/h）13.463.44313.833.8324.614.6325.245.2434.744.54333.843.8445.45.4343.13.0953.023.02353.273.2563.783.76363.243.2473.23.21374.544.5485.385.09385.795.7995.025.09394.844.84104.864.80403.583.44113.263.32413.233.23123.833.84423.733.44134.844.80433.333.32143.373.37444.234.25154.854.17453.933.90163.313.29463.883.86173.133.13473.503.51184.314.31484.544.52193.673.59493.363.31203.223.22503.063.06213.453.17513.113.11223.403.40525.165.16234.534.40534.174.17244.264.26546.005.13253.233.23553.443.44264.454.45563.903.90273.873.78574.024.01283.873.87583.243.26294.464.46593.052.98303.173.18605.545.54平均值4.003.943.993.94表STYLEREF1\s4.2铁路路口行人等待时长行人编号行人等待所在方位行人停止时间行人等待时长1西南163.4148.62西南172.1139.93西南1971154西南2121005西南217956西南222.289.87西南233.678.48西南233.678.49西南2595310西南259.152.911西南2585412西南263.548.513西南292.419.614西南296.215.815东南18013216东南202.1109.917东南213.598.518东南218.793.319东南233.478.620东南236.375.721东南245.966.122东南2852723西北203.1108.924西北273.538.525东北181.6130.426东北2466627东北254.357.728东北282.529.5平均停留时长78.6表STYLEREF1\s4.3铁路路口行人仿真结果评价铁路路口过街人数平均路口停留时长（s）平均速度（km/h）实际测得值3173.14.072仿真结果2878.63.995相对误差9.68%7.52%1.91%经对比发现，仿真模型最终输出各项值与实际测得值在铁路口人数方面误差为9.68%，在平均路口停留时长方面误差为7.52%，在平均速度方面误差为1.91%，总体误差可以接受。这表明此仿真模型基本满足标定要求，即初步完成了殷高西路铁路路口行人过街仿真模型的标定，而且此仿真模型可用于该铁路路口进一步的交通仿真研究。3D视频制作确立仿真模型后可通过视频的形式对仿真模型进行展示。在演示中点击情景提要新建一个新的情景提要，在右侧即可添加多个关键帧，由于关键帧的照相机位置选择的是“来自路网编辑器的新照相机位置”，添加的关键帧会根据当前仿真模型所显示的情形产生相同的摄像头位置且可以修改，每一个关键帧都有起始时间、停留时间、过度时间可随意编辑但时间不能重叠。关键帧添加完成后，在演示中选择记录AVI，在配置输出的视频文件质量可选择一个压缩程序，这里采用的是MicrosoftVideoCompressor压缩质量为75%（如图4.24），点击连续仿真后视频会在仿真运行的同时一同演示，在所有关键帧完成记录后保存到相应位置。图STYLEREF1\s4.24视频配置由VISSIM仿真软件输出的视频如图4.25所示。图STYLEREF1\s4.253D视频仿真结果分析与建议在完成了所有的仿真制作，得到了一个较为贴近现实的殷高西路铁路路口情况仿真后。观察整个仿真过程演示、分析仿真得到的多组